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Alors que la technologie électronique continue de progresser, les inductances de petite taille et hautes performances sont de plus en plus utilisées dans divers appareils électroniques. Parmi celles-ci, l'inductance de puissance moulée à électrode inférieure, grâce à sa structure compacte, sa haute fiabilité et ses excellentes performances, est devenue un composant privilégié pour les systèmes électroniques à haute densité et haute fréquence. Ses performances globales sont supérieures à celles des inductances traditionnelles bobinées, notamment dans les applications qui visent la miniaturisation, la haute fiabilité et une faible EMI. Cet article détaille les avantages et la sélection des inductances moulées à électrode inférieure, afin d'offrir une référence aux ingénieurs concevant des alimentations électriques.
1- Avantages des inductances moulées à électrode inférieure
Les inducteurs moulés existent en deux types : un utilisant des électrodes de type L et l'autre utilisant des électrodes inférieures. L'inducteur d'alimentation moulé à électrode inférieure utilise un nouveau procédé de moulage, caractérisé par l'intégration de la bobine et du noyau magnétique en une seule unité, avec les électrodes placées sur le fond, permettant ainsi une intégration plus élevée et une optimisation des performances.
Figure 1. Structure de l'inducteur d'alimentation moulé à électrode inférieure
Les avantages de l'inducteur d'alimentation moulé à électrode inférieure se manifestent principalement dans les aspects suivants :
◾ Miniaturisation et intégration haute densité : Il permet de réduire l'encombrement sur le circuit imprimé (PCB) et d'augmenter la densité de montage. Par rapport aux inducteurs traditionnels bobinés, les inducteurs d'alimentation moulés à électrode inférieure ont un volume plus petit, ce qui les rend particulièrement adaptés aux appareils portables aux contraintes d'espace et aux modules d'alimentation haute densité.
◾ Faible résistance continue (DCR) : en optimisant la méthode d'enroulement de la bobine et la conception des électrodes, l'inductance peut atteindre une DCR plus faible, réduisant ainsi les pertes de puissance et améliorant l'efficacité de conversion (particulièrement remarquable dans les scénarios à basse tension et forte intensité).
◾ Haute fiabilité : l'extrémité de la bobine est pliée et moulée sous pression avec la poudre de noyau en T pour former une électrode inférieure solide. Cela augmente la solidité du plot de soudure et élimine le besoin de bornes supplémentaires soudées, supprimant ainsi le risque de circuit ouvert et améliorant la fiabilité du produit.
En tant que technologie innovante d'inductance d'alimentation moulée, le type à électrode inférieure offre des avantages significatifs en termes de structure du produit, de performance électrique et d'application. Elle est largement utilisée dans des domaines tels que les convertisseurs DC-DC automobiles, les systèmes ADAS, les modules d'alimentation, les alimentations à découpage haute fréquence, les commandes de moteur, les onduleurs photovoltaïques et les équipements de communication.
2- Guide de sélection des inductances d'alimentation moulées à électrode inférieure
Codaca a développé des inductances aux caractéristiques matérielles variées afin de répondre à diverses applications clients. Pour aider les clients à choisir l'inductance de puissance la plus adaptée, voici les modèles représentatifs des inductances moulées industrielles à électrode inférieure de Codaca — CSEG, CSEC, CSEB et CSEB-H — avec une comparaison de leurs caractéristiques électriques.
2.1 CSEG : DCR ultra-faible, pertes minimales dans la plage de basses fréquences
◾ Structure de blindage magnétique : forte résistance aux interférences électromagnétiques (EMI).
◾ Construction moulée : bruit acoustique ultra-faible.
◾ Caractéristiques de saturation progressive : supporte les courants de pointe élevés.
◾ DCR ultra-faible : Irms le plus élevé (courant de montée en température).
◾ Atteint les pertes de puissance les plus faibles dans la plage de basses fréquences (en dessous de 700 kHz).
◾ Conception fine : économise de l'espace, adaptée au montage haute densité.
◾ Température de fonctionnement : -40 °C à +125 °C (y compris l'échauffement propre de la bobine).
2.2 CSEC : Courant de saturation élevé, pertes minimales dans la plage de hautes fréquences
◾ Structure de blindage magnétique : forte résistance aux interférences électromagnétiques (EMI).
◾ Construction moulée : bruit acoustique ultra-faible.
◾ Isat ultra-élevée (courant de saturation).
◾ Caractéristiques de saturation progressive : supporte des courants de pointe plus élevés.
◾ Atteint les pertes de puissance les plus faibles dans la plage haute fréquence (700 kHz à 3 MHz).
◾ Conception fine : économise de l'espace, adaptée au montage haute densité.
◾ Température de fonctionnement : -40 °C à +125 °C (y compris l'échauffement propre de la bobine).
2.3 CSEB ◾ Gamme étendue de tailles et de modèles de produits
◾ Structure de blindage magnétique : forte résistance aux interférences électromagnétiques (EMI).
◾ Construction moulée : bruit acoustique ultra-faible.
◾ Grande variété de tailles et de valeurs d'inductance (taille maximale 1510).
◾ Caractéristiques de saturation progressive : supporte les courants de pointe élevés.
◾ Conception fine : économise de l'espace, adaptée au montage haute densité.
◾ Le produit standard est conforme à la norme AEC-Q200.
◾ Température de fonctionnement : -40 °C à +125 °C (y compris l'échauffement propre de la bobine).
2.4 CSEB-H ◾ Faible DCR et courant élevé de montée en température
◾ Structure de blindage magnétique : forte résistance aux interférences électromagnétiques (EMI).
◾ Construction moulée : bruit acoustique ultra-faible.
◾ Faible DCR.
◾ Fort Irms (courant de montée en température).
◾ Caractéristiques de saturation progressive : supporte les courants de pointe élevés.
◾ Conception fine : économise de l'espace, adaptée au montage haute densité.
◾ Le produit standard est conforme à la norme AEC-Q200.
◾ Température de fonctionnement : -40 °C à +125 °C (y compris l'échauffement propre de la bobine).
2.5 Comparaison des paramètres de performance
Les quatre séries d'inductances moulées haute performance mentionnées ci-dessus ont été développées et conçues indépendamment par Codaca. Toutes les séries offrent une grande fiabilité et une structure blindée magnétiquement, mais chaque série présente des avantages de performance uniques.
Tableau 1. Résumé des performances des différentes spécifications d'inductances moulées
La méthode de sélection la plus simple consiste à utiliser les outils « Power Inductor Finder » et « Power Inductor Loss Comparison » sur le site officiel de Codaca. Le système affichera les performances de chaque inductance en fonction des conditions de fonctionnement saisies (courant, ondulation, température, fréquence de fonctionnement, etc.).
◾Comparaison du courant de saturation Isat
Prenons l'exemple d'une valeur d'inductance de 4,7 μH : des produits de même taille mais appartenant à des séries différentes sont comparés.
Par rapport aux séries CSEG, CSEB-H et CSEB, la série CSEC offre une capacité de courant de saturation plus élevée, ce qui en fait le choix idéal pour les applications nécessitant une forte tolérance au courant de pointe.
Figure 2. Comparaison des courbes d'inductance en fonction du courant de saturation pour différentes spécifications d'inductances moulées
◾ Comparaison du courant Irms (courant d'échauffement)
En prenant une valeur d'inductance de 4,7 µH comme exemple, nous comparons des produits de même taille provenant de séries différentes.
Tableau 2. Tableau comparatif des paramètres caractéristiques pour différentes spécifications d'inductances moulées
D'après le tableau comparatif ci-dessus, outre sa DCR ultra-faible, la série CSEG présente un courant d'échauffement environ 40 % plus élevé que celui des séries CSEC, CSEB-H et CSEB, ce qui lui permet de fonctionner à une température plus basse dans les mêmes conditions de travail.
Figure 3. Comparaison des courbes de courant d'échauffement pour différentes spécifications d'inductances moulées intégrées
◾ Comparaison des pertes de puissance
En prenant une valeur d'inductance de 4,7 µH comme exemple, les caractéristiques de pertes de chaque série ont été testées à l'aide d'un essai en boucle normalisée.
Conditions d'essai : Courant = 10,5 A, Ondulation = 40 %, Plage de fréquence = 100-3000 kHz, B = 3 mT.
Figure 4. Comparaison des pertes de puissance de divers modèles d'inductances moulées
D'après l'analyse des courbes ci-dessus, la série CSEG présente les pertes totales les plus faibles en dessous de 700 kHz. La série CSEC présente les pertes les plus faibles au-dessus de 700 kHz. Les séries CSEB et CSEB-H ont des pertes modérées.
3- Autres séries de produits
La comparaison ci-dessus se concentre sur les caractéristiques principales des inductances moulées industrielles à électrode inférieure. Pour les applications électroniques automobiles, Codaca a développé plusieurs modèles correspondants d'inductances moulées homologuées pour l'automobile, comme les séries VSEB et VSEB-H.
Figure 5. Inductances moulées automobile de Codaca (mises en évidence par un cercle rouge)
Les inductances de puissance moulées à électrode inférieure de qualité automobile de Codaca utilisent un matériau de noyau en poudre d'alliage à faibles pertes et un procédé de moulage amélioré, offrant de faibles pertes, une haute efficacité et une large plage de fréquences d'application. Leur conception compacte permet d'économiser de l'espace et convient au montage haute densité. Tous les produits sont conformes à la norme AEC-Q200. La plage de température de fonctionnement peut aller de -55 °C à +165 °C (incluant l'auto-échauffement de la bobine), s'adaptant ainsi aux environnements d'application complexes de l'électronique automobile.