Comment l’alimentation FLXPro entend répondre aux exigences des applications actuelles
Simon Wheeler, vice-président de la gestion des produits, chez XP Power, présente les fonctionnalités et les atouts de l’alimentation de la série FLXPro qui se démarque par sa densité de puissance, son format compact, ses communications isolées et son architecture numérique.
www.xppower.com
Selon XP Power, la demande pour des alimentations plus petites, plus efficaces et plus intelligentes ne cesse de croître. À mesure que les applications deviennent plus compactes, les sources d’alimentation qui les composent doivent également s’adapter, ce qui pose de nouveaux défis de conception. Traditionnellement, XP Power estime que les alimentations configurables étaient perçues comme de simples outils de fourniture d’énergie, souvent à la traîne des avancées réalisées dans d’autres composants système.Dans ce contexte, XP Power a conçu l’alimentation de la série FLXPro afin de répondre aux exigences des applications d’aujourd’hui.
La densité de puissance, qui mesure la quantité d’énergie fournie par unité de volume, est devenue une exigence déterminante alors que les applications nécessitent toujours plus de puissance dans des encombrements toujours plus réduits. L’alimentation de la série FLXPro offre une densité de puissance de 23,2 W/pouce³. La première version, le modèle FLX1K3, délivre jusqu’à 1,3 kW en conditions de haute tension d’’entrée réseau et 1 kW en conditions de basse tension, le tout dans des dimensions de 254,0 mm x 88,9 mm x 40,6 mm (10,0” x 3,50” x 1,6”).
Cette densité de puissance est principalement rendue possible grâce à l’utilisation de transistors à large bande interdite (WBG), plus précisément en carbure de silicium (SiC) et en nitrure de gallium (GaN). Contrairement aux MOSFET classiques à base de silicium, les transistors SiC et GaN fonctionnent à des fréquences de commutation bien plus élevées, ce qui permet une réduction substantielle de la taille d’autres composants de l’alimentation, comme les bobines d’inductance et les condensateurs, tout en améliorant simultanément l’efficacité globale.
Communications isolées
La sécurité opérationnelle est un élément important dans la conception de toute alimentation configurable, en particulier en ce qui concerne ses communications numériques. Pour les alimentations dont les ports de communication numérique ne sont pas isolés, des tensions dangereuses peuvent s’y accumuler et représenter un risque pour l’utilisateur et l’application elle-même.
L’alimentation de la série FLXPro aborde cet aspect de sécurité en offrant des communications PMBus classées ES1, intrinsèquement « sûres au toucher ». Cela garantit que la tension maximale pouvant s’accumuler sur ces ports de communication reste constamment inférieure à 60 V, un niveau trop bas pour présenter un risque pour l’utilisateur ou l’application. Le respect des normes IEC 62368.1 ES1 permet à une personne « ordinaire » d’accéder aux communications sans nécessiter la présence de personnel « formé » ou « qualifié », que l’alimentation fonctionne normalement ou même en conditions normales ou de « simple défaut ».
Les avantages des communications isolées de l’alimentation vont au-delà de la sécurité immédiate. En intégrant nativement des communications ES1, cela réduit considérablement la complexité des applications. Les ingénieurs de conception n’ont plus besoin d’ajouter des barrières d’isolation externes ou des isolateurs galvaniques sur leurs lignes de communication pour protéger les utilisateurs des risques potentiels liés à l’alimentation. Cela simplifie la conception globale et réduit les coûts du produit.
Il est cependant essentiel de noter que si la tension de sortie d’un module de sortie est ajustée pour dépasser 60 VCC, la certification ES1 ne s’applique plus, et la sortie doit alors être traitée comme ES2 ou ES3 (selon la configuration du module de sortie). La disponibilité de communications classées ES1 dans des conditions typiques contribue directement à l’objectif visé : réduire le temps de conception, la complexité et les coûts pour le client.
Architecture numérique
Un pilier de l’alimentation de la série FLXPro est son architecture numérique, qui la distingue, selon son fabricant, de nombreuses alimentations configurables présentes sur le marché. Bien que de nombreux fournisseurs revendiquent des capacités numériques et des communications digitales, leurs produits reposent souvent sur des architectures de contrôle analogiques connectées à des modules de sortie principalement analogiques. Ce cadre de conception hérité limite généralement les capacités de configuration, les diagnostics et la contrôlabilité globale.
En revanche, l’alimentation FLXPro a été conçue dès l’origine pour être contrôlée, configurée et surveillée numériquement, avec des modules d’entrée et de sortie intrinsèquement numériques. Ces modules communiquent en interne via UART ou CANBus, garantissant le contrôle des performances le plus rapide et le plus précis, ainsi qu’un accès aux jeux de données opérationnelles plus complets, essentiels pour les diagnostics approfondis exigés par les applications actuelles.
Cette architecture entièrement numérique déverrouille une multitude de fonctionnalités par rapport à ses homologues semi-analogiques :
Contrôle et diagnostics améliorés : L’alimentation FLXPro offre un contrôle interne rapide et précis des processus, ainsi qu’une visibilité optimale sur les performances internes et externes de l’alimentation. Ce niveau d’informations permet à l’alimentation configurable d’évoluer, passant d’un simple équipement « en arrière-plan » à un composant système intelligent dont les capteurs et les diagnostics agissent comme une « fenêtre sur la santé de l’application ».
iPSU – Alimentation intelligente : La technologie sous-jacente à la conception de l’alimentation FLXPro incarne le concept d'« alimentation intelligente », transformant les données internes riches fournies par les capteurs et l’architecture intrinsèquement numérique en une forme facilement compréhensible. Cela permet aux utilisateurs de prendre des décisions pertinentes pour améliorer les performances du système et la sécurité de l’application, tout en économisant du temps et des coûts d’exploitation.
Interface utilisateur XPInsight (UI) : En complément des communications numériques PMBus directes de l’alimentation FLXPro, une interface utilisateur spécifique, XPInsight, a été développée. Elle permet aux clients d’accéder et d’interpréter de manière intuitive, les informations de performance et de configuration (voir Figure 2).
Conçue selon les principes du Human-Centred Design (HCD), XPInsight a été développée pour répondre non seulement aux capacités de l’alimentation FLXPro, mais aussi pour présenter ses informations de manière adaptée aux besoins, aux attentes et, surtout, au contexte d’utilisation des clients. Cela représente une avancée par rapport aux interfaces auxquelles les utilisateurs étaient jusqu’ici confrontés, comme la possibilité de visualiser ou configurer qu’une seule sortie à la fois. Le tableau de bord XPInsight permet aux utilisateurs de visualiser, contrôler et configurer simultanément les quatre sorties, tout en affichant l’état des alarmes et des ventilateurs, et en exploitant un oscilloscope intégré capable d’analyser et d’exporter les données des variables. Ce type de tableau de bord global, demandé par les clients, est souvent négligé par les fournisseurs d’alimentations.
Simplicité visuelle : XPInsight utilise des indicateurs de type feu tricolore (vert = bon, jaune = avertissement, rouge = défaut) et des conventions de couleurs et de noms cohérentes pour le statut et la configuration de l’alimentation, permettant une compréhension instantanée. Surtout, l’interface est conçue pour être accessible même aux utilisateurs atteints de déficience de la vision des couleurs, grâce à des statuts LED uniques et des indicateurs textuels clairs, comme « OK » ou « ON/OFF ». De plus, le concept d’indicateurs ou de fonctions grisés a été intégré pour offrir une clarté supplémentaire sur le fonctionnement et le statut. La simplicité visuelle ne se limite pas à l’interface utilisateur : les étiquettes et les LED tricolores de statut sur l’alimentation ont également été conçues pour indiquer l’état de l’alimentation FLXPro, même sans communication numérique ou accès aux manuels ou fiches techniques.
Une fonctionnalité offre la possibilité de suivre et d’enregistrer les paramètres au fil du temps via l’interface utilisateur, permettant aux utilisateurs d’identifier les problèmes potentiels avant qu’ils ne deviennent critiques, comme la corrélation entre la température et la vitesse des ventilateurs.
Instantané de la « boîte noire » : À l’image de la boîte noire d’un avion, cette fonction enregistre non seulement les informations au moment d’un événement, mais aussi les trois dernières minutes de données précédant cet événement. Cela va au-delà de ce que recherchent actuellement des entreprises comme Google, Meta et Microsoft, qui se concentrent généralement uniquement sur les données liées aux arrêts. L’alimentation FLXPro stocke les quatre derniers événements d’arrêt, permettant des diagnostics complets en comparant les données historiques (voir Figure 3).
Point crucial : ces données sont stockées sur la carte de communication dans une mémoire non volatile et peuvent être récupérées même si les étages d’entrée ou de sortie de l’alimentation sont endommagés — une fonctionnalité standard, sans frais supplémentaires.
Protection par mot de passe sécurisé :
Dans un monde où les cybermenaces ne cessent de croître, l’alimentation FLXPro propose une protection par mot de passe à plusieurs niveaux. Cela inclut un mot de passe de 8 à 15 chiffres configurable par le client pour les opérations, la configuration, les alarmes et le contrôle d’accès général. Des mots de passe uniques sont également mis en place pour les mises à jour du micrologiciel et la modification des paramètres d’usine, ce qui réduit significativement la surface d’attaque de l’alimentation. Les avantages immédiats pour les clients activant cette protection par mot de passe sont la réduction des risques de cybersécurité, la simplification des exigences réglementaires et de conformité en matière de sécurité, ainsi que la diminution de la complexité de conception pour les utilisateurs finaux — un atout particulièrement important dans les secteurs médical, robotique (bras robotisés) et les applications connectées à l’IoT.
L’architecture entièrement numérique de l’alimentation FLXPro permet des fonctionnalités comme le contrôle individuel des sorties, offrant aux utilisateurs la possibilité d’activer ou de désactiver les sorties isolées de l’alimentation sans éteindre l’ensemble de l’unité. Cela apporte des améliorations en termes de sécurité pour les concepteurs et les ingénieurs de test/support, réduit les coûts de la liste des matériaux (BOM) de l’application et élimine le besoin de faisceaux de câblage sur mesure lors des tests de différentes sections d’un système.
De plus, l’architecture numérique du FLXPro intègre des entrées de verrouillage à distance externes, configurables pour éteindre l’ensemble de l’alimentation ou toute combinaison de modules de sortie en basculant des signaux de 0 à 5 V. Cette fonctionnalité de sécurité intégrée peut être utilisée par les clients dans le cadre de leurs protocoles d’accès aux applications, réduisant ainsi les risques de danger en coupant l’alimentation des composants sous tension dès qu’un panneau ou une porte est ouvert ou retiré.
L’alimentation FLXPro propose également une gamme d’options de modules de sortie réglables (de 15 VCC à 60 VCC, avec une plage d’ajustement allant jusqu’à +10 % ou -40 %), ainsi que la possibilité de configurer les sorties en parallèle ou en série. La vitesse des ventilateurs est contrôlée pour un fonctionnement silencieux dans des conditions typiques, et l’unité offre une isolation de 2 x MOPP pour les applications médicales.
www.xppower.com
