Calcul du Courant d'Appel SMPS pour la Sélection du Disjoncteur

Calcul du courant d'appel des alimentations à découpage pour le choix des disjoncteurs

Lors de la connexion d'une alimentation à découpage (SMPS) au réseau, un pic de courant d'appel se produit en raison de la charge des condensateurs, pouvant atteindre plus de 100 fois le courant nominal. Cela peut déclencher les disjoncteurs même avec une marge de puissance. La durée de l'impulsion est de 50 à 2000 µs, avec une amplitude maximale lors de la mise sous tension au pic de tension du réseau (325 V pour 230 V). Les topologies des SMPS déterminent l'amplitude : la classique avec un condensateur côté primaire donne des dizaines d'ampères, tandis que la PSR donne des ampères à un chiffre.

Principales topologies SMPS et leurs caractéristiques de courant d'appel

Les SMPS sont construites sur deux topologies.

Topologie 1 (Classique) : Un gros condensateur électrolytique (unités à centaines de µF) est placé après le pont de diodes côté primaire. Il se charge jusqu'à la tension de crête du réseau. Le courant d'appel provient principalement de la charge de ce condensateur (jusqu'à 98 %), plus les petites capacités du filtre CEM. La durée est de centaines de µs, le pic est de dizaines de A. Utilisée pour des puissances de 50+ W, y compris les SMPS avec correction du facteur de puissance (PFC).

Topologie 2 (PSR) : Un gros condensateur est côté secondaire, avec des capacités en nanofarads côté primaire. Le courant d'appel provient des oscillations des éléments réactifs du réseau et du filtre. Le pic est en ampères à un chiffre, la durée est de dizaines de µs. Courante dans les alimentations jusqu'à 60 W.

Mesure des paramètres du courant d'appel

Le courant d'appel est caractérisé par un duo : I_max (amplitude) et T_i (durée au niveau I_max/2). Il dépend de la phase de commutation : maximum au pic de l'onde sinusoïdale, minimum près de zéro (différence de 8 à 10 fois).

Pour la topologie 1, l'impulsion est RC-CR : le front montant est défini par L_somme/R_somme (τ_n = L_somme / R_somme), le front descendant par C1 R_somme (τ_c = C1 R_somme).

Les impulsions réelles incluent des oscillations (T_ring) dues aux éléments réactifs. La durée T_u = T_o.i + T_ring si l'énergie des oscillations est négligeable (I_ring < 0,1 I_max T_o.i) ou T_o.i > 200 µs.

Pour la topologie 2, ce sont des oscillations amorties. Convertir en équivalent RC-CR :

• RMS de chaque demi-cycle : I_n = 0,7 * |a_n|
• I_max = 0,7 * a1
• T_i basé sur l'enveloppe au niveau I_max/2 * 0,7

Recommandation : Utiliser un filtre numérique d'oscilloscope (5–20 kHz) pour les signaux bruités.

Courants d'appel des SMPS en parallèle

Pour N SMPS en parallèle, I_max_somme ≠ N * I_max (réseau idéal). Considérer les paramètres du réseau : Rc, Lc. La norme IEC63129 suggère Lc = 100 µH, courant de court-circuit 400–460 A (Rc ≈ 0,5–0,6 Ω pour 230 V).

La simulation montre :

• Dans un réseau réel, les pics sont répartis sur les phases, le I_max total est inférieur à N fois.
• L'inductance du réseau lisse les fronts, réduisant le pic global.

Étapes de calcul pour un groupe de SMPS :

• Mesurer I_max, T_i pour chacun.
• Estimer Lc, Rc du réseau (à partir de la conception ou de la norme).
• Simuler l'impulsion totale dans Excel : tenir compte des décalages de phase de commutation.
• Vérifier par rapport à la courbe de déclenchement du disjoncteur (intégrale i²t).

Choix d'un disjoncteur en tenant compte du courant d'appel

Les disjoncteurs déclenchent via des déclencheurs thermiques (long terme) ou électromagnétiques (instantanés). Pour les SMPS, le déclencheur magnétique est critique : proportionnel à i²t.

• Utiliser les courbes caractéristiques (B, C, D) : classe D pour fort courant d'appel (démarreurs de moteurs, SMPS).
• Marge : calibre du disjoncteur 1,5–2x le courant de fonctionnement total.
• Pour les groupes : sommer les énergies d'impulsion, pas les pics.

Exemple : 10 luminaires LED (SMPS topologie 2). Chaque I_max=5 A, T_i=50 µs. Idéalement 50 A, dans un réseau avec Lc=100 µH—pic réel ~20–30 A. Un disjoncteur type D 10–16 A ne déclenchera pas.

Facteurs clés de sélection :

• Topologie SMPS.
• Phase de commutation.
• Paramètres du réseau (Lc, Rc).
• Caractéristique du déclencheur.
• Nombre de charges en parallèle.

Points clés à retenir

• Le courant d'appel des SMPS est la charge des condensateurs + oscillations, pic jusqu'à 100x le nominal à 325 V de commutation.
• Topologie 1 : dizaines de A, centaines de µs ; topologie 2 : A à un chiffre, dizaines de µs.
• Pour les SMPS en parallèle, pic total < N * I_max en raison des effets du réseau.
• Choisir des disjoncteurs classe D, simuler i²t dans Excel.
• Mesurer avec filtre 5–20 kHz, T_i à I_max/2.

— Editorial Team