Alimentation à découpage
Une alimentation à découpage est une alimentation électrique dont la régulation est assurée par des composants électrotechnique utilisés en commutation (généralement des transistors). Ce mode de fonctionnement diffère de celui des alimentations linéaires dans lesquelles les composants électrotechniques sont utilisés en mode linéaire. Une alimentation à découpage de type forward est une alimentation qui transmet instantanément la puissance, alors que celle de type flyback stocke cette énergie sous forme d'énergie magnétique dans une inductance (bobine) et libère ensuite cette énergie dans un circuit dit secondaire.
Les alimentations à découpage se sont fortement développées depuis les années 1980 pour pallier les inconvénients des alimentations linéaires : poids élevé et faible rendement. Elles sont utilisées désormais dans tous les appareils électroniques « grand public ».
Sommaire |
Classification [modifier]
Les alimentations à découpage peuvent être classées suivant plusieurs critères : topologie du circuit, isolation, composants utilisés , etc.[1].
| Type | Puissance (watts) | Rendement typique | Coût moyen | Tension d'entrée (volts) | Isola- tion | Stockage d'énergie | Niveau de sortie | Caractéristiques |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Buck | 0–1000 | 75 % | 1,0 | 5–1000* | N | Simple inductance | Vs < Ve | |
| Boost | 0–150 | 78 % | 1,0 | 5–600* | N | Simple inductance | Vs > Ve | |
| Buck-boost | 0–150 | 78 % | 1,0 | 5–600* | N | Simple inductance | Vs > Ve ou Vs < Ve | Tension de sortie inversée |
| Flyback | 0–150 | 78 % | 1,0 | 5–600 | O | Transformateur | Vs > Ve ou Vs < Ve | Sorties multiples |
| Half-Forward | 0–250 | 75 % | 1,2 | 5-500 | O | Transformateur + inductance | ||
| Forward | 78 % | O | Transformateur + inductance | Sorties multiples | ||||
| Push-Pull | 100–1000 | 72 % | 1,75 | 50–1000 | O | |||
| Half Bridge | 0–500 | 72 % | 1,9 | 50–1000 | O | |||
| Full-Bridge | 400–2000 | 69 % | >2,0 | 50–1000 | O | |||
| Résonnant, sur zéro de tension | >1000 | >2,0 | ||||||
| Ćuk | N | Condensateur + 2 inductances | Vs > Ve ou Vs < Ve | Tension négative pour une entrée positive | ||||
| Pompe de charge inversée (Ćuk modifié) | N | Simple inductance | Tension de sortie négative et d'une amplitude supérieure à la tension d'entrée | |||||
| SEPIC | N | 2 inductances | Vs > Ve ou Vs < Ve | |||||
| pompe de charge | 99% | N | Condensateurs uniquement | Utilisé pour générer de très hautes tensions (multiplicateurs de tension), ou sur des circuits intégrés faible puissance (par exemple pour polariser des mémoires) |
Notes : * uniquement pour les équipements non accessibles aux opérateurs, sinon les limites de 42,5 V et 8,0 A s'appliquent pour les normes de sécurité électrique UL, CSA, VDE, ou CEI 60950.
Fonctionnement détaillé [modifier]
Éléments constitutifs [modifier]
La photographie ci-dessous présente les éléments principaux d'une alimentation à découpage.
Éléments principaux :
- Connecteur d'alimentation secteur 230v.
- Fusible de protection.
- Filtre EMI, avec une bobine d'arrêt.
- Pont de diodes.
- Condensateur de filtrage, stocke l'énergie pour l'étage de découpage.
- Transistor de découpage (technologie MOS) monté sur un radiateur.
- Transformateur ou circuits magnétiquement couplés : dispositif qui permet une modification du niveau de tension et parfois l'isolation des parties haute et basse tension.
- Diode Schottky (commutation rapide) montée sur un radiateur.
- Condensateur de filtrage.
- Bobine de filtrage.
- Circuit de commande de l'optocoupleur.
- Optocoupleur. Assure l'isolation des parties haute et basse tension.
- Circuit de commande du transistor de découpage.
- Sortie de l'alimentation.
Éléments optionnels :
15. Régulateur de tension à découpage monté sur un radiateur. Lorsque l'on veut avoir plusieurs tensions de sortie, on place ce composant sur la ligne de sortie principale de l'alimentation à découpage. Une autre solution consiste à ajouter un bobinage au transformateur. Cependant, cela nécessite de rajouter un étage de filtrage supplémentaire, qui peut se révéler encombrant. Pour de faibles intensités (ici 1,5A), on a donc recours aux circuits intégrés.
Convertisseur Flyback [modifier]
Voir article détaillé
Comparaison par rapport aux alimentations linéaires [modifier]
Les alimentations à découpage offrent de nombreux avantages sur les alimentations linéaires :
- la puissance dissipée dans le composant électrotechnique utilisé en commutation est moindre que lorsqu'il est utilisé en mode linéaire. En conséquence, le rendement de l'alimentation est meilleur, et le radiateur de dissipation est de dimensions plus modestes ;
- le transformateur fonctionne à une fréquence bien plus élevée que celle du secteur (plus de 20 kHz contre 50 ou 60 Hz), ce qui permet de réduire considérablement sa taille (voir la relation de Boucherot).
Les alimentations à découpage sont donc bien plus petites et plus légères, que les alimentations linéaires. De plus, elles possèdent un meilleur rendement.
Cependant, elles génèrent un bruit relativement important, dû au signal rectangulaire (riche en harmoniques) à la fréquence de découpage. Cette limitation les rend impropres à certaines applications.
Notes [modifier]
Bibliographie [modifier]
- Michel Girard, Alimentations à découpage : Cours et exercices corrigés, Dunod, 2003, 336 p. (ISBN 2100069403 et 978-2100069408)
- Jean-Paul Ferrieux, François Forest, Alimentations à découpage : Convertisseurs à résonance, principes, composants, modélisation, Dunod, 2006, 316 p. (ISBN 2100505394 et 978-2100505395)
Articles connexes [modifier]
Liens externes [modifier]
- Alimentations à découpage
- Fonctionnement d'une alimentation de PC par David D.
- Classes d'efficacité énergétique ("Efficiency Level") des alimentations, par Energy Star
