Exemple de développement d'une alimentation personnalisée sur circuit imprimé pour terminaux POS | Conception compatible avec l'alimentation existante, PFC et séquence de gestion des microcoupures

Étude de cas sur le développement entièrement personnalisé d'une alimentation sur circuit imprimé pour terminaux de point de vente. Dans le cadre du remplacement d'une alimentation sur circuit imprimé existante fabriquée par un autre fournisseur, les spécifications ont été définies en assurant la compatibilité mécanique, électrique, fonctionnelle et des connexions. Nous présentons les principaux points ayant nécessité une coordination approfondie: intégration d'un PFC, résistance aux pics de charge répétés de l'imprimante, séquence d'arrêt progressive en cas de coupure de courant momentanée, et conception du circuit imprimé permettant l'application d'un revêtement de protection contre l'humidité.

A l'attention des concepteurs qui envisagent une alimentation sur mesure pour remplacer l'alimentation actuelle de la carte sans modifier l'équipement

Lorsqu'il s'agit de remplacer l'alimentation d'un équipement déjà commercialisé, la difficulté ne réside pas dans la recherche d'une alimentation de substitution. Elle consiste à déterminer comment définir le fait qu'elle "fonctionne exactement comme l'alimentation actuelle".

Il ne suffit pas que la tension et le courant de sortie correspondent. Il faut également tenir compte du brochage des connecteurs, des échanges de signaux de commande, de la procédure d'arrêt en cas de coupure de courant momentanée et de la capacité à supporter les charges de pointe. Si un seul de ces éléments diffère du produit actuel, il sera nécessaire de modifier le logiciel ou les cartes de l'équipement. Tant que le produit actuel fonctionne sans problème, la responsabilité incombe à la partie ayant décidé du changement, ce qui conduit souvent à reporter la décision de remplacement.

Le présent exemple porte sur le développement d'une alimentation sur mesure (alimentation à découpage sur carte) destinée à un terminal de point de vente (terminal POS), en remplacement du produit actuel d'un autre fabricant. Les spécifications ont été définies en prenant comme condition préalable la compatibilité avec l'alimentation existante. Le terminal est intégré dans un boîtier installé à l'extérieur, et l'alimentation est montée à l'intérieur de ce boîtier. Nous présentons ci-dessous les différents points qui ont nécessité une coordination.

Une alimentation sur mesure est conçue spécifiquement en fonction de la forme, de la puissance et des caractéristiques requises par l'équipement du client. La décision de modifier un produit standard ou de développer une nouvelle alimentation dépend du niveau de compatibilité recherché.

1. Documenter ce que recouvre la "compatibilité avec le produit actuel" avant de commencer

La seule condition préalable imposée par le client était que "la compatibilité avec l'alimentation actuelle soit indispensable". Si cette phrase est prise au pied de la lettre, des divergences de compréhension apparaîtront dans les dernières phases de la conception. Avant même d'établir le devis, nous vérifions les quatre aspects suivants de la compatibilité.

Dans le cadre de ce projet, vous nous avez fourni une liste des références actuelles et des brochages pour chacun des connecteurs d'entrée CA, de sortie CC et de ventilateur. Vous avez également confirmé qu'"il était acceptable d'utiliser des connecteurs équivalents". En période d'instabilité de l'approvisionnement en composants, poursuivre la conception en imposant la référence d'un seul fabricant peut entraîner des modifications du calendrier pour de simples raisons d'approvisionnement. Définir à l'avance les conditions d'acceptation des produits équivalents permet également de réduire les risques d'approvisionnement après le lancement de la production en série.

Point souvent négligé :La face de montage des connecteurs (tous regroupés sur une même face ou répartis sur les deux faces) n'est pas toujours indiquée dans les spécifications électriques. Cependant, comme ce choix a une incidence directe sur le cheminement des câbles et le processus d'assemblage, toute modification ultérieure nécessiterait de reprendre l'implantation du circuit imprimé. Les contraintes de positionnement doivent donc être vérifiées dès le premier entretien.

2. Définition de la séquence d'arrêt -- Comment réagir à une microcoupure

Dans ce projet, le point qui a nécessité le plus de précision concernait le comportement en cas d'interruption de l'entrée CA. Pour les équipements traitant des paiements ou des enregistrements, le problème n'est pas tant la coupure de l'alimentation elle-même que le fait que l'appareil hôte ne soit pas averti à l'avance de la coupure.

Le client a demandé le fonctionnement progressif suivant.

Ce "temps d'absorption" et ce "temps de maintien de la sortie après émission de l'alerte" sont directement liés à la conception de la capacité de maintien de l'alimentation (hold-up). La capacité du condensateur du côté primaire, les conditions de charge du côté secondaire et le temps de réponse du circuit de détection doivent être définis conjointement. Une variation de quelques millisecondes seulement peut donc modifier la configuration des composants. Il s'agit d'un élément pour lequel une seule ligne du cahier des charges a une incidence à la fois sur le coût de revient et sur la surface du circuit imprimé.

De même, pour le démarrage, nous avons défini le traitement du signal de commande à distance. Nous avons séparé les circuits qui démarrent dès la mise sous tension CA de ceux qui démarrent après réception d'un signal de commande provenant de l'appareil. La sortie principale reste désactivée tant que le signal de commande n'est pas fourni. Concernant le niveau de tension du signal, les spécifications d'entrée prévoient une marge suffisante afin d'assurer une future rétrocompatibilité.

Points à vérifier:Les spécifications d'un signal de commande ne sont complètes que lorsque les trois points suivants sont définis: "quel côté émet le signal (l'alimentation ou l'appareil)", "si l'état actif est High ou Low" et "quel est le niveau de tension". Dans le cas présent, pour certains signaux tels que le signal de détection de rotation du ventilateur de refroidissement, la logique n'avait pas encore été définie, car le modèle du ventilateur n'avait pas été sélectionné. Dans ce cas, il convient de décider avant le début des travaux s'il faut prévoir un circuit compatible avec les deux logiques ou intégrer au calendrier la date à laquelle ce choix sera arrêté.

3. Le courant de crête doit être déterminé en fonction de la "forme d'onde", et non de la "valeur maximale"

Les terminaux de point de vente sont équipés d'une imprimante de reçus. Comme la tête thermique et le moteur consomment du courant à chaque impression, des pointes dépassant largement les valeurs estimées à partir de la consommation électrique moyenne se produisent de manière répétée à intervalles rapprochés.

Dans le cas présent, le client nous a fourni non pas des valeurs numériques, mais la forme d'onde du courant mesurée sur l'imprimante réelle. En plus de la valeur de crête, elle permet d'identifier le rapport cyclique (Duty) pendant lequel cette crête se maintient. Le seuil de déclenchement de la protection contre les surintensités doit être défini en tenant compte de ces conditions répétitives.

Définir le seuil de protection en se fondant uniquement sur la valeur de crête entraîne deux types de défaillance. Si le seuil est trop bas, l'alimentation se coupe pendant une impression normale; s'il est trop élevé, des anomalies qui devraient normalement être détectées ne le seront pas. Nous avons donc retenu, sur la base du seuil de déclenchement de l'alimentation actuelle et de la forme d'onde réellement mesurée, un réglage capable de supporter une surintensité présentant un rapport cyclique et une valeur de crête équivalents.

Nous proposons également, dans notre gamme standard, des alimentations adaptées à ce type de charges de crête répétitives. Même dans le cadre d'une conception entièrement personnalisée, nous pouvons exploiter directement les connaissances acquises en matière de conception de circuits et d'évaluation grâce à nos produits standard, ce qui permet d'améliorer la fiabilité de la conception par rapport à une étude menée entièrement à partir de zéro.

Voir la liste des adaptateurs secteur compatibles avec les charges de crête

4. Conditions liées à l'environnement d'intégration - application d'un revêtement de protection contre l'humidité et mode de refroidissement non encore défini

Le cahier des charges indiquait une "installation en extérieur". La conception varie considérablement selon que l'alimentation sur carte doit elle-même être étanche à l'eau et à la poussière ou que cette protection est assurée par le boîtier. Après vérification, il a été confirmé que l'étanchéité à l'eau et à la poussière serait assurée par le boîtier et qu'une simple carte d'alimentation destinée à être intégrée à l'intérieur de celui-ci conviendrait.

Une condition liée à l'utilisation réelle est toutefois venue s'ajouter. Le client souhaitait que les facteurs susceptibles d'empêcher l'application d'un revêtement de protection contre l'humidité sur la surface de la carte soient éliminés dès la phase de conception, car un tel revêtement pourrait être appliqué. Cette demande reposait sur l'expérience acquise sur le marché: pour les équipements installés en extérieur, il arrive qu'un traitement supplémentaire contre l'humidité soit finalement appliqué uniquement à la partie alimentation, même lorsque des mesures de protection ont déjà été prises au niveau du boîtier.

Lorsque l'application d'un revêtement de protection contre l'humidité est envisagée, certains points doivent être pris en compte à l'avance, notamment les composants comportant des pièces mobiles, les résistances ajustables semi-fixes et la préservation des voies de dissipation thermique. Si la décision d'appliquer le revêtement n'est prise qu'après le lancement de la production en série, il peut devenir nécessaire de reprendre le projet depuis la sélection des composants. Le fait que cette possibilité ait été communiquée dès le stade où le revêtement pouvait éventuellement être appliqué a permis d'éviter des retours en arrière.

Concernant le refroidissement, la présence ou non d'un ventilateur dans l'équipement était encore à l'étude. Le client a donc posé comme condition que la conception thermique reste viable même sans ventilateur. Si la disposition des composants est optimisée en supposant un refroidissement par air forcé, la marge thermique devient insuffisante dès que la configuration passe à une solution sans ventilateur. Tant que le mode de refroidissement n'est pas défini, il est nécessaire de concevoir le système en fonction des conditions les plus contraignantes.

5. Planification et coûts initiaux

Le calendrier de développement d'une alimentation sur mesure ne peut pas être établi en partant du principe qu'un seul prototype suffira. Notre entreprise procède selon les étapes suivantes.

Lorsque nous présentons un calendrier à nos clients, nous indiquons séparément non seulement le délai nécessaire à la fin du développement, mais aussi la date à laquelle les échantillons pourront être remis et la date à laquelle l'approvisionnement en composants pourra commencer. En effet, lorsque l'on établit le calendrier à rebours à partir de la date de lancement de la production en série, c'est ce dernier élément qui est réellement déterminant. Si le délai d'approvisionnement des composants est connu, il est possible de déterminer à l'avance à quelle étape une prévision de commande doit nous être communiquée afin de respecter les délais.

Concernant les coûts initiaux, nous présentons un montant incluant les dépenses considérées comme nécessaires au développement, telles que les matrices de circuits imprimés, les films et les gabarits. Avec une méthode consistant à ajouter les différents postes ultérieurement, le montant peut évoluer en cours de procédure d'approbation interne et bloquer la prise de décision elle-même. Si des coûts supplémentaires s'avèrent nécessaires pendant le développement, nous vous consultons alors au cas par cas.

Concernant la gestion des taux de change: lorsque plusieurs fournisseurs potentiels sont comparés, l'utilisation simultanée du yen et de devises étrangères dans les devis empêche d'établir une base de comparaison uniforme. À votre demande, nous pouvons également établir nos propositions dans une devise étrangère. N'hésitez pas à nous consulter lors de la phase de comparaison.

Résumé du cas de développement

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Depuis notre création en 1989, nous concevons et fabriquons des adaptateurs secteur et des alimentations à découpage, tout en assurant en interne le service après-vente à l'issue de la production en série.Pour les alimentations sur mesure, nous répondons aux demandes allant de 3 W à 1,5 kW, y compris pour les petites séries.Comme notre gamme standard comprend également des alimentations open frame sur circuit imprimé, nous pouvons vous aider à déterminer si une modification d'un produit standard suffit ou si une nouvelle conception est nécessaire.

Même si vos spécifications ne sont pas encore définies, nous pouvons analyser les questions de compatibilité et vous proposer une solution à partir de la documentation du produit actuel.

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*Cet exemple est publié dans les limites autorisées par le client. Le nom de l'entreprise, le nom du Produits, le numéro de modèle, la quantité, le prix et les spécifications numériques détaillées ne sont pas divulgués.
*Les informations indiquées correspondent au moment de l'étude, et les spécifications et calendriers réels varient selon chaque projet.