Derating et facteur de surdimensionnement

Vous avez été nombreux à me poser cette question: si j'ai une tension d'alimentation de 12 Volts, que dois je choisir comme tension pour mes condensateurs tantales (ou autre) de filtrage en sortie? Vous répondre 12 Volts serait rapide et complètement faux. En effet il faut se poser plusieurs questions:

1 Que signifie 12 V en tension de sortie de mon alimentation?

2 Que signifie 12 V sur le condensateur?

3 Quelle est la variation de ses tensions de mon circuit en fonction du temps, de la température et de la charge?

4 Quelle est la dégradation de mon condensateur en fonction de surcharge, température, temps de focntionnement, etc.etc.

Tentons de répondre à ces questions:

1 Ma tension de sortie de mon alimentation est elle stable? Ne possède t'elle pas des ondulations parasites? Si oui, il faut déjà quantifier la valeur maximale des crêtes de tension. Cela augmente déjà notre tension d'autant.

2 La tension sur le condensateur peut signifier tout et pas grand chose: est ce la tension de casse du produit? Est ce la tension à partir de laquelle ses élements parasites deviennent trop importants pour un bon fonctionnement? Par précaution on consultera les datasheet des condensateurs, pour vérifier à quoi correspond cette tension.

3 Votre circuit peut entrainer des pics de courant trés importants au sein de votre condensateur: ce qui est intéressant et très souvent négligé, c'est de quantifier la dégradation de votre composant en fonction de ce paramètre.

4 Ces paramètres sont très difficiles à obtenir de la part des constructeurs, même en cherchant profondément dans les datasheets.

En posant 4 questions sur un montage trés simple de filtrage, nous avons relevé bon nombre de paramètres variant les uns avec les autres. Comment s'en sortir, lorsque je n'ai pas forcément les moyens de payer un ingénieur pendant 2 ans sur ce point d'étude?
Lors de conceptions industrielles, on surdimensionne.
Certains trouveront cette phrase affreuse et a bannir absolument de leur dictionnaire, jugeant que ce terme reflètent leur propre ignorance sur le phénomène physique qu'ils ont à traiter.
En réalité, on suit des régles de "derating", issues la plupart du temps d'études de fiabilité, effectuées par des fiabilistes dont c'est la profession. Leur travail est justement de trouver un compromis entre élévation du coût de la carte produite par le surdimensionnement des composants (tensions, valeurs, boîtier et surface de circuit imprimé), et robustesse de fonctionnement. Sachant que réparer, échanger ou jeter coûte cher. L'intervention d'un opérateur sur un site de production pour le remplacement d'une pièce coûte à la fois pour le fournisseur, mais aussi pour le client.
Toutes les grandes entreprises conçoivent donc leurs circuits avec à l'aide de ces régles. Certaines sont empiriques, d'autre basées sur des études statistiques de pannes, ou de mauvaises expériences. Cela peut aller jusqu'à l'arrêt de l'usage d'une gamme de composants. Cela reste bien sur à leur discrétion: je ne dévoilerais bien sûr aucune de ces méthodes, qui restent un savoir faire précieux et long à acquérir.

Que nous faut il retenir pour nous amateur d'électronique et radio amateur:
A de très rares exceptions, vous n'envisagez pas de faire une série de 3000 pièces de votre prototype de récepteur onde courte: voyez donc plus large. Multipliez par 2 les tensions maximales de vos condensateurs, utilisez de large refroidissement pour vos composants générant de la chaleur, et prenez le temps de soigner vos blindages etc. En bref ne cherchez pas à économiser pour vos prototypages.