HVPS d'imprimante : pourquoi le fil à triple isolation (TIW) est exclu par les spécifications

Cet article s'adresse aux ingénieurs en alimentations haute tension et en composants magnétiques, ainsi qu'aux ingénieurs achats travaillant sur les imprimantes laser et les copieurs (électrophotographie). Vous avez peut-être remarqué que le fil à triple isolation (TIW, Triple Insulated Wire) possède une « isolation épaisse » et vous vous demandez si le transformateur élévateur de l'alimentation haute tension (HVPS, High Voltage Power Supply) de l'imprimante pourrait l'utiliser. Disons-le d'emblée : les spécifications l'excluent, c'est une impasse. La sortie du HVPS fonctionne en continu à haute tension, à un niveau bien supérieur à la tension de service nominale du TIW. Le TIW est un « fil d'isolation de sécurité », pas un « fil haute tension » ; les deux résolvent des problèmes différents. Cet article clarifie ce point pour épargner aux deux parties des essais inutiles. Les valeurs des produits DAH JIN sont toujours « selon le document d'approbation ».

1. Quelle tension le HVPS doit produire dans une imprimante

Dans le processus de formation d'image électrophotographique (charge → exposition → développement → transfert → fixation), plusieurs étapes dépendent du HVPS pour fournir une tension de polarisation ou une tension corona élevée. Ces tensions vont de quelques centaines de V à plusieurs kV, et elles sont maintenues en continu à ce potentiel, et non appliquées sous forme d'impulsions brèves.

• Polarisation de développement (developer bias) — Tension de sortie typique (fonctionnement continu)：Quelques centaines de V (de l'ordre de −600 V)；Remarques：Polarisation DC qui règle la densité d'impression, souvent avec une composante AC superposée
• Rouleau de charge (charge roller, PCR) — Tension de sortie typique (fonctionnement continu)：Environ −1000 V；Remarques：Charge par contact, qui remplace l'ancien fil corona
• Rouleau de transfert (transfer roller) — Tension de sortie typique (fonctionnement continu)：Quelques centaines de V jusqu'à environ +1000 V；Remarques：Transfère le toner du tambour photoconducteur vers le papier
• Charge corona / scorotron — Tension de sortie typique (fonctionnement continu)：Fil environ −5～−8 kV ; grille environ −500～−1500 V；Remarques：Charge sans contact, sur les anciens modèles et certains modèles haut de gamme
• Corona de transfert (transfer corona, ancienne génération) — Tension de sortie typique (fonctionnement continu)：Environ +6 kV；Remarques：Ancien transfert sans contact
• Modules haute tension dédiés à l'électrophotographie — Tension de sortie typique (fonctionnement continu)：Jusqu'à environ ±20 kV；Remarques：Modules haute tension du commerce pour la charge / le transfert

Deux choses comptent ici : l'ordre de grandeur et le mot « continu ». Les rouleaux de charge par contact, de développement et de transfert se situent le plus souvent entre quelques centaines de V et environ 1 kV ; dès que l'on passe à une charge sans contact de type corona / scorotron, le fil se trouve à −5～−8 kV, et les anciennes coronas de transfert montent à +6 kV ; les modules haute tension du commerce pour l'électrophotographie délivrent même jusqu'à environ ±20 kV. Ce sont toutes des tensions de service continues que le HVPS doit fournir de façon stable.

2. Le TIW est un « fil d'isolation de sécurité », pas un « fil haute tension »

Il faut d'abord écarter une idée intuitive mais fausse : « triple isolation = isolation épaisse = tient forcément la haute tension ». C'est inexact. Les trois couches d'isolation du TIW résolvent le problème de l'isolation renforcée (reinforced insulation) au sens des normes de sécurité, pas celui de « supporter une haute tension continue ».

Le référentiel d'évaluation du TIW comprend UL 2353, IEC 62368-1 Annex J (sécurité des équipements TIC et audio/vidéo), la série IEC 61558, et IEC 60601-1 pour le médical (selon le document d'approbation). L'objectif de conception de tout cet ensemble est de permettre, avec un seul fil, d'obtenir une isolation renforcée entre le primaire et le secondaire d'un transformateur à des tensions de service de niveau secteur, en supprimant la ligne de fuite qu'il faudrait autrement construire avec du ruban de marge et du ruban intercouche. Autrement dit, la valeur du TIW réside dans « l'isolation de sécurité sans ligne de fuite », et le monde de tensions qu'il sert est celui du secteur (tension de service nominale de l'ordre de 1 kV), pas celui des kV à dizaines de kV de la sortie du HVPS.

Prenons l'exemple de la spécification publiée d'un fil à triple isolation du marché (ce n'est pas une valeur DAH JIN) : sa tension de service nominale est indiquée au niveau VDE 1000 V, UL (équipements électroniques) 1500 V et UL (médical) 707 V. C'est la plage de tension de service pour laquelle les fils de type TIW sont conçus et évalués : le niveau secteur, et non la haute tension continue de −5～−8 kV d'une charge corona. Les valeurs nominales des fils DAH JIN sont toujours celles du document d'approbation et ne sont pas reprises ici.

3. La clé est la « tension de service nominale », pas la « tension de claquage »

Cette section est le cœur du sujet, et aussi l'endroit où l'on se trompe le plus facilement. Certains diront : « Dans la même spécification, la tension de claquage (breakdown) de ce TIW est d'environ 7 kV ; il conviendrait donc tout juste pour une corona de 6 kV ? » C'est confondre deux choses différentes.

• Tension de service nominale (working voltage) : la tension que le fil peut supporter en continu, marge de sécurité incluse. Dans l'exemple précédent, de l'ordre de 1000～1500 V.
• Tension de claquage / d'essai diélectrique (breakdown / dielectric withstand) : une valeur d'essai appliquée brièvement pour vérifier que l'isolation est exempte de défaut ; dans l'exemple précédent, environ 7 kV. Cela signifie « passe l'essai sans dommage », pas « peut être utilisé ici en permanence ».

On n'utilise jamais une isolation en plaçant la tension de service continue près de la tension de claquage : ce serait n'avoir aucune marge et jouer avec la sécurité. Ce qui décide réellement de l'« utilisable ou non », c'est la tension de service nominale. Mettre les deux côtés en regard rend la chose évidente :

• Nature de la tension — Sortie HVPS d'imprimante：Fonctionnement continu à haute tension；TIW pour isolation de sécurité：Tension de service continue nominale
• Ordre de grandeur — Sortie HVPS d'imprimante：Quelques centaines de V à plusieurs kV, modules jusqu'à environ 20 kV；TIW pour isolation de sécurité：De l'ordre de 1 kV (spécification publiée du secteur ; DAH JIN selon le document d'approbation)
• Tenue brève / claquage — Sortie HVPS d'imprimante：—；TIW pour isolation de sécurité：Claquage environ 7 kV (valeur d'essai brève, pas une valeur nominale continue)
• Rôle dans la conception — Sortie HVPS d'imprimante：Produire / délivrer la haute tension；TIW pour isolation de sécurité：Isolation renforcée entre primaire et secondaire (sans ligne de fuite)
• Conclusion — Sortie HVPS d'imprimante：—；TIW pour isolation de sécurité：Tension de service continue supérieure aux valeurs nominales du TIW, non applicable

Le résultat est clair : les emplacements comme le rouleau de charge, à quelques centaines de V jusqu'à 1 kV, n'ont jamais eu besoin d'une triple isolation de niveau isolation renforcée pour tenir ce potentiel ; et les tensions de service continues des coronas, scorotrons, coronas de transfert et modules haute tension, de 5 kV et 6 kV jusqu'à 20 kV, dépassent non seulement de loin la tension de service nominale d'environ 1 kV du TIW, mais approchent ou franchissent sa valeur d'essai de claquage brève. Quel que soit l'angle, la haute tension du HVPS laisse le TIW à la porte. C'est une impasse de spécification, qu'aucune marque ni aucun document d'approbation ne peut combler.

4. Comment les transformateurs haute tension des HVPS sont réellement bobinés

Si ce n'est pas du TIW, comment le transformateur élévateur du HVPS est-il réellement construit ? Les transformateurs haute tension de l'industrie suivent un langage de conception entièrement différent :

• Carcasse cloisonnée à plusieurs compartiments (sectioned / multi-bay bobbin) : lorsque le potentiel de sortie du secondaire dépasse la rigidité diélectrique propre de l'émail d'un seul fil de bobinage, la carcasse est divisée en plusieurs compartiments de bobinage (winding bays) ; la tension totale de sortie est répartie entre les compartiments, ce qui réduit la différence de potentiel entre spires en tout point.
• Enrobage / encapsulation (potting / encapsulation) : les bobines haute tension sont souvent enrobées de résine époxy ou polyester pour éliminer les vides internes et supprimer les décharges corona (corona discharge).
• Bobinage équipotentiel et fil émaillé spécial haute tension : le secondaire est bobiné dans un ordre et un sens déterminés afin que les spires adjacentes les plus proches restent au même potentiel, évitant les décharges entre spires ; on utilise des fils émaillés et des fils de sortie conçus spécifiquement pour la haute tension, et non le fin fil monobrin à triple isolation destiné à l'isolation de sécurité.

Autrement dit, du côté haute tension, la question est « comment répartir un potentiel élevé, supprimer les décharges et éviter le claquage entre spires », et la réponse est carcasse cloisonnée + enrobage + fil émaillé haute tension. C'est un problème d'ingénierie différent de celui du TIW (« obtenir une isolation renforcée avec un seul fil au niveau secteur »), et les outils sont naturellement différents.

5. Le positionnement du TIW DAH JIN (selon le document d'approbation)

En ce qui concerne la gamme DAH JIN, les quatre fils à triple isolation proposés en externe, TLW-B, TLW-BB, TLW-B7S et TLW-F, sont tous des fils de bobinage destinés à l'isolation de sécurité : évalués selon VDE 40008834, UL 2353 et IEC 62368-1 Annex J (TIC / audio-vidéo), TLW-BB et TLW-B7S couvrant en plus la voie IEC 60601-1 (médical). Leur rôle est de fournir, à des tensions de service de niveau secteur, une isolation renforcée sans ligne de fuite entre le primaire et le secondaire d'un transformateur : exactement le monde décrit à la section 2, et non le monde haute tension de la sortie d'un HVPS d'imprimante.

Par conséquent, le transformateur haute tension d'un HVPS d'imprimante ne relève pas du domaine d'application du TIW DAH JIN. La plage de diamètres, la classe thermique, la tenue diélectrique et toutes les valeurs d'essai de chaque référence sont toujours celles du document d'approbation ; les chiffres précis ne sont pas repris ici. Pour la première étape de la sélection (correspondance classe thermique / référence), voir le guide de sélection TIW ; pour la distinction entre classe thermique du fil et classe thermique du système / produit fini, voir Classe thermique du fil et classe thermique du système d'isolation. Si votre application relève réellement de l'isolation de sécurité au niveau secteur (et non de la sortie haute tension d'un HVPS), n'hésitez pas à préciser les conditions (tension de service, exigence d'isolation, norme applicable, diamètre du fil) et à consulter le contact commercial pour une définition selon le document d'approbation.

DAH JIN est un fabricant (et non un négociant) de fils, qui produit dans sa propre usine de Guiren, Tainan, Taïwan ; le site de fabrication indiqué dans le dossier UL est cette usine. Fabriqué à Taïwan.