Transformateur plan sur mesure

Le client avait besoin d'un transformateur pour une voiture de course de Formule E, et les dimensions du produit final avaient déjà été fixées avant la conception des composants magnétiques. L'espace disponible pour une puissance de 2 kW était trop restreint pour permettre l'intégration d'un circuit magnétique de conception classique. Sans solution, le client aurait dû interrompre complètement le développement et recommencer la conception à zéro, perdant ainsi des mois de travail

• Encombrement extrêmement réduit — dimensions maximales de 50 x 34 x 25 mm pour une puissance de 2 kW
• Dimensions fixées à l'avance — les dimensions du produit final avaient été définies avant la conception des composants magnétiques, ce qui ne laissait aucune marge de manœuvre pour adapter ces contraintes
• Température ambiante élevée — le transformateur a dû fonctionner à pleine puissance (2 kW) sans surchauffer à une température ambiante de +70 °C
• Les enjeux étaient considérables pour le client : tout échec aurait entraîné la reprise de l'ensemble du processus de conception, ce qui aurait représenté plusieurs mois de travail de développement

Nous avons abordé ce problème en recourant à la simulation, à des composants sur mesure et à une fabrication de précision :

• Simulation 3D complète — l'ensemble de la conception a été modélisé à l'aide du logiciel de simulation 3D Ansys, associé à nos propres routines logicielles propriétaires, afin d'explorer toutes les possibilités de conception avant de passer à la phase de fabrication du matériel
• Noyaux en ferrite à hauteur sur mesure — basés sur une forme de noyau standard, dont la hauteur est adaptée afin d'exploiter au mieux l'espace limité
• Structure sur mesure des circuits imprimés — utilisation de stratifiés haute performance pour réduire l'espacement entre les couches, afin d'optimiser la partie de la fenêtre du noyau de ferrite pouvant effectivement être utilisée pour les enroulements
• Enroulements en cuivre découpés au laser — l'enroulement secondaire a été fabriqué à partir de cuivre découpé au laser, les positions des bornes ayant été adaptées sur mesure aux trous du circuit imprimé du client

Chaque aspect de la conception a été déterminé par les contraintes d'espace. De nombreuses itérations ont été simulées dans Ansys avant la fabrication du matériel, puis traduites en une hauteur de noyau en ferrite sur mesure, une structure de circuit imprimé à haute densité de couches et des enroulements secondaires découpés au laser, parfaitement adaptés au circuit imprimé du client — transformant ainsi une conception qui semblait impossible en un transformateur fonctionnel.

• Un rendement accru — les nouveaux matériaux de stratifiés pour circuits imprimés ont permis d'optimiser l'utilisation du cuivre et d'améliorer le rendement global
• Meilleures performances thermiques — nous avons conseillé au client d'usiner une petite cavité dans sa plaque de base en aluminium afin que le noyau en ferrite du transformateur puisse s'y loger, ce qui permet de refroidir directement les enroulements via des cales d'espacement vers la plaque de refroidissement
• Réduction des pertes — la réalisation de plusieurs simulations de conception a permis d'optimiser la conception afin de réduire au maximum les pertes
• Fiabilité améliorée — les stratifiés pour circuits imprimés haute température et haute performance réduisent le risque de claquage haute tension lorsque les tensions du bus d'entrée CC de l'application sont élevées
• Une densité de puissance très élevée — 800 W par pouce cube —, ce qui se traduit par un encombrement bien moindre que celui d'une conception classique
• Une inductance de fuite et une capacité parasite rigoureusement maîtrisées, en plus des gains en densité de puissance