Systèmes compacts et efficaces pour les alimentations DC standardisées

La société Panasonic est un fournisseur de nombreux composants électroniques innovants. Un des groupes de produits les plus importants dans cette gamme consiste en des condensateurs conçus pour la construction de circuits d'alimentation pour appareils en courant continu – incluant des éléments conformes aux paramètres du dernier standard USB-PD.

Les dernières exigences de la norme USB-PD, c’est-à-dire USB Power Delivery, en version 3.1 définissent des paramètres d'alimentation accrus que l’on peut fournir à l’aide de câbles avec connecteurs USB C (de facto norme internationale pour les appareils nécessitant du courant continu). Cela implique la nécessité de développer des convertisseurs de réseau performants et compacts. Pour permettre leur conception et assurer la longue durée de vie des produits finaux, la société Panasonic fournit une gamme de condensateurs innovants, qui se distinguent par leurs petites dimensions, leur durabilité, et aussi leur large caractéristique. Ci-dessous, nous présentons un aperçu de cette offre disponible directement depuis les entrepôts de TME.

Norme USB-PD 3.1

Pendant de nombreuses années, les consommateurs et les fabricants ont été confrontés au problème du manque de normes internationales en matière d’alimentation en courant continu. Bien que les sources d’énergie à piles et à accumulateurs aient été normalisées, l’utilisation d’adaptateurs secteur et de chargeurs s’avérait problématique. En général, chaque appareil nécessitait un convertisseur AC/DC distinct, avec des paramètres et un format de connecteur spécifiques à l’équipement : non seulement de la bonne taille et forme, mais aussi de la bonne polarité. Ce n’est qu’au début du XXIe siècle, avec la popularité croissante de l’USB, que la situation a commencé à se stabiliser. Cependant, un autre problème est apparu, à savoir les limitations des caractéristiques électriques inscrites dans les anciennes normes USB. Heureusement, ces dernières années, grâce aux efforts des organisations internationales, des fabricants et des législateurs, la technologie Power Delivery a été développée et mise en œuvre, permettant une large utilisation des connecteurs USB C pour les applications requérant des tensions et des courants bien au-dessus des valeurs rencontrées dans les petits appareils électroniques.
 
Les connecteurs USB C ont été adaptés pour fournir des puissances dépassant les paramètres des générations précédentes.
L'acronyme complet USB-PD signifie Universal Serial Bus Power Delivery. Et bien que cette norme provienne de l'interface destinée à la transmission de données, cette fonctionnalité est désormais optionnelle. Il est néanmoins prévu de mettre en œuvre un bus de communication séparé entre l’alimentation et le récepteur. Son objectif est la négociation de la tension. Initialement, le chargeur/convertisseur fournit une tension standard de 5V, mais cette valeur peut être augmentée si l’appareil connecté envoie un message approprié. Grâce à cela, USB-PD permet de fournir des tensions de 5V, 9V, 15V, 20V, 28V, 36V ou 48V, et donc une plus grande puissance à l’aide de câbles supportant des intensités allant jusqu’à 5A (même 240W).

Cette fonctionnalité permet un chargement plus rapide des appareils, et grâce au connecteur USB C standard, il est possible d’alimenter divers types d’équipements, non seulement des smartphones, mais aussi des ordinateurs portables, des stations d’accueil, et à long terme, également de petits appareils électroménagers (par exemple, des sèche-cheveux), des outils électriques, des fers à souder, etc. Ces possibilités se sont ouvertes avec la mise en œuvre de la norme USB-PD 3.1 qui, avec le format USB C, est devenue la norme obligatoire dans les pays de l’Union européenne à la fin de 2024.

L'augmentation de l'intensité du courant et des tensions élevées présentes dans les circuits des alimentations conformes à la technologie Power Delivery nécessitent l’utilisation de composants aux paramètres étendus. C’est surtout le cas des condensateurs de filtrage, de protection et de découplage. Et c’est là que les solutions proposées par Panasonic viennent à la rescousse : des éléments qui, grâce à leur conception innovante, présentent non seulement d'excellentes caractéristiques et une longue durée de vie, mais aussi des dimensions compactes. Ci-dessous, nous présentons les groupes les plus importants de ces produits. Tous sont recommandés par le fabricant pour une utilisation dans les circuits USB-PD. 

Condensateurs Panasonic pour circuits USB-PD

En discutant de la large gamme de condensateurs Panasonic, il convient tout d'abord de souligner que la division ci-dessous résulte de la technologie de leur fabrication. Dans le portefeuille du fournisseur, ces produits sont divisés en une série de séries hautement spécialisées avec des propriétés spécifiques. En recherchant une solution pour un projet spécifique, il est préférable d’utiliser notre catalogue, où tous les éléments ont été paramétrés en détail, permettant ainsi de trouver des produits répondant précisément aux exigences du circuit.

Famille OS-CON

La famille de produits OS-CON comprend des condensateurs aluminium-polymère. Ils se distinguent par une faible résistance série équivalente, appelée Low ESR, ainsi qu’une résistance aux forts courants de ripple. Leur avantage indéniable est également une longue durée de vie (atteignant 20000h) et des paramètres thermiques élevés, par exemple la possibilité de fonctionner de manière stable à des températures de -55°C à 125°C. Ces éléments sont disponibles dans des boîtiers destinés au montage SMD et THT (en surface, traversant). Ils peuvent être achetés dans le catalogue TME avec des capacités de 3,3µF à 2,7mF, pour des tensions jusqu'à 100V DC, offrant ainsi une marge de sécurité plus de deux fois supérieure aux exigences de l'USB-PD 3.1. Des données détaillées sur la technologie, ses atouts et ses applications dans les alimentations (à l’exemple des pilotes LED) sont présentées dans la vidéo ci-dessous.
 
 

Technologie hybride

Les condensateurs hybrides avec électrolyte polymère combinent les avantages des condensateurs polymères et électrolytiques, offrant de meilleures performances techniques. En comparaison aux OS-CON, ils se distinguent par un faible courant de fuite, ainsi qu’une très haute résistance aux vibrations. Cette dernière caractéristique fait que de nombreux modèles répondent aux exigences de la norme AEC-Q200, ce qui signifie que les composants peuvent être utilisés dans des applications automobiles. Dans le contexte de l’USB-PD, cela a une importance supplémentaire, car les consommateurs attendent de plus en plus une charge rapide et efficace des appareils mobiles lors de leurs déplacements en véhicule, parfois sur de courtes périodes (par exemple, lors du trajet domicile-travail). La plupart des composants hybrides sont conçus pour le montage en surface (SMD). Ils se distinguent par une durée de vie prolongée par rapport aux "électrolytiques" classiques (même 10000h), mais comme eux, ils peuvent supporter des courants de forte intensité (9A pour certains modèles). Cela permet de les utiliser à différents points du circuit du convertisseur, pour stabiliser la tension, atténuer les interférences, etc.
 
Condensateur dans un boîtier SMD offrant une protection supplémentaire contre les chocs.

Condensateurs compacts POSCAP

Les solutions décrites ci-dessus offraient des performances élevées, mais n’étaient pas adaptées à une utilisation dans les circuits les plus compacts – principalement ceux où la hauteur des composants est cruciale. Pour ces applications, Panasonic propose des condensateurs POSCAP fabriqués en technologie tantale-polymère. Cela permet d’obtenir un faible ESR et d’utiliser les éléments dans des circuits à haute fréquence. Grâce à cela, ils sont adaptés, entre autres, aux convertisseurs à découpage et comme condensateurs de découplage et de protection des circuits intégrés servant à la communication avec le récepteur et au contrôle du fonctionnement du chargeur/alimentation. Dans ce segment, Panasonic fournit exclusivement des composants SMD, avec des capacités de 6,8µF à 1,5mF, supportant des tensions maximales de 2V à 35V DC.
 
Condensateur SMD à profil bas avec une capacité de 220µF et une hauteur de seulement 1,8mm.

Condensateurs SP-Cap au format SMD

Les condensateurs SP-Cap utilisent l’aluminium et un électrolyte solide sous forme de polymère. Les composants de ce groupe se distinguent non seulement par leurs dimensions compactes, mais aussi par des capacités significatives (jusqu’à 820µF) et une tolérance aux courants élevés (jusqu’à 10,2A). Ils sont conçus pour des tensions de 2V à 6,3V DC, et donc dans les applications USB-PD, ils seront principalement utiles dans les alimentations standard de 5V servant à la charge rapide des appareils mobiles. Certains des produits proposés possèdent également une classification low ESR et une impédance de 3mΩ.
 
Condensateur de la série SP-Cap
Texte préparé par Transfer Multisort Elektronik Sp. z o.o.
https://www.tme.eu/fr/news/about-product/page/63712/condensateurs-panasonic-pour-appareils-usb-pd/