Alimentation À Découpage

Alimentation à découpage

Vue interne d'une alimentation ATX

Une alimentation à découpage est une alimentation électrique dont la régulation est assurée par un composant électrotechnique utilisé en commutation (généralement un transistor). Ce mode de fonctionnement s'oppose à celui des alimentations linéaires dans lesquelles le composant électrotechnique est utilisé en mode linéaire. Une alimentation à découpage de type flyback est une alimentation qui transmet instantanément la puissance, alors que le forward canalise cette energie dans une self(bobine) et libère cette energie ensuite.

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

Les alimentations à découpage peuvent être classifiées suivant plusieurs critères : topologie du circuit, isolation, composants utilisés, etc.[1]

Type Puissance (Watt) 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 Vout < Vin
Boost 0–150 78% 1.0 5–600* N Simple inductance Vout > Vin
Buck-boost 0–150 78% 1.0 5–600* N Simple inductance Up ou down Tension de sortie inversée
Flyback 0–150 78% 1.0 5–600 O Transformateur Up ou down 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
Resonant, zero voltage switched >1000 >2.0
Ćuk N Condensateur + 2 inductances Up ou down Tension négative pour une entrée positive
Inverting charge-pump (Ćuk modifié) N Simple inductance Tension de sortie négative et d'une amplitude supérieure à la tension d'entrée
SEPIC N 2 inductances Up ou down
pompe de charge N Condensateurs uniquement utilisés pour générer de très hautes tensions (voltage multipliers)

Notes : * uniquement pour les équipements non accessibles aux opérateurs, sinon les limites de 42.5V et 8.0A s'appliquent pour les normes de sécurité électrique UL, CSA, VDE, ou CEI 60950.

Fonctionnement détaillé

Convertisseur Flyback

Le composant de commutation sert à générer une tension alternative rectangulaire de fréquence relativement élevée (généralement plus de 20 kHz) à partir de la tension du secteur préalablement redressée. Après passage dans un transformateur qui assure l'isolation galvanique, cette tension est redressée et filtrée en une tension continue. Le dispositif de commande du composant de commutation adapte en permanence le rapport cyclique du signal rectangulaire de façon à ce que la tension de consigne soit fournie en sortie.

Comparaison par rapport aux alimentations linéaires

Deux blocs d'alimentation grand public. À gauche, alimentation à découpage de 20 W, à droite, alimentation linéaire de 3,6 W.

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

Bibliographie

  • Michel Girard, Alimentations à découpage : Cours et exercices corrigés, Dunod, 2003, 336 p. (ISBN 2100069403 et ISBN 978-2100069408) 
  • Jean-Paul Ferrieux, François Forest, Alimentations à découpage : Convertisseurs à résonance, principes, composants, modélisation, Dunod, 2006, 316 p. (ISBN 2100505394 et ISBN 978-2100505395) 

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Liens externes


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