Circuits redresseurs : de la demi-onde aux conceptions polyphasées à onde complète

Qu'est-ce que le redressement ?

Le redressement est la conversion du courant alternatif (AC) en courant continu (DC) en utilisant des dispositifs qui ne permettent le courant que dans un sens. La diode semi-conductrice est l'élément le plus courant assurant cette fonction dans les alimentations modernes.

Redressement demi-onde

Dans un redresseur demi-onde, seule une demi-période de chaque cycle AC atteint la charge, produisant un signal DC pulsé avec un contenu harmonique significatif. Cette topologie simple est utile pour des applications basse puissance ou illustratives, comme un variateur de lampe à deux positions qui délivre la pleine puissance AC en position « plein » et une puissance redressée demi-onde en position « faible » (voir figure).

En position « faible », le filament à incandescence reçoit environ la moitié de la puissance qu'il recevrait sous AC complet. Comme la constante de temps thermique du filament est grande, les impulsions rapides de puissance ne causent pas de scintillement visible ; au lieu, le filament opère à une température d'état stable plus basse, produisant une sortie lumineuse réduite.

Redresseurs à onde complète

Les redresseurs à onde complète capturent les deux demi-cycles AC, délivrant une forme d'onde DC plus lisse. Deux configurations courantes sont les conceptions à point milieu et en pont.

Conception à point milieu

En utilisant un transformateur avec secondaire à point milieu et deux diodes, chaque moitié du secondaire alimente la charge pendant les demi-cycles alternés (voir figure). Cette topologie requiert un transformateur dédié à point milieu, ce qui peut être coûteux pour les applications haute puissance.

Pendant la demi-période positive, la diode supérieure conduit et la inférieure bloque ; pendant la demi-période négative, les rôles s'inversent. Dans les deux cas, la charge voit une forme d'onde à polarité positive.

Conception en pont

Le pont à quatre diodes élimine le besoin d'un transformateur à point milieu. Le courant traverse deux diodes en série pour chaque polarité, résultant en une chute de 1,4 V pour diodes silicium — un inconvénient aux très basses tensions de sortie.

Les directions de courant des diodes pour les demi-périodes positive et négative de l'entrée sont montrées ci-dessous.

Pour un meilleur rappel mnémotechnique, une disposition alternative représente toutes les diodes en orientation horizontale, toutes pointant dans le même sens.

Redresseurs pont polyphasés à onde complète

Étendant le concept de pont aux alimentations polyphasées produit une sortie DC plus lisse car les impulsions déphasées se chevauchent. Un pont triphasé produit six impulsions par cycle AC ; un pont hexaphase produit douze impulsions, réduisant significativement la tension de ripple.

Tension de ripple

Tous les redresseurs produisent une composante AC — appelée tension de ripple — superposée à la sortie DC. Dans les applications haute puissance ou de précision, des réseaux de filtrage sont employés pour supprimer ce ripple.

Conventions d'impulsions

Les redresseurs sont souvent décrits par le nombre d'impulsions DC qu'ils génèrent par rotation électrique : 1-impulsion (demi-onde), 2-impulsions (onde complète), 6-impulsions (triphasé onde complète), etc. La notation standard 1Ph1W1P, 1Ph1W2P, 1Ph2W2P, 3Ph2W6P, etc., capture succinctement phase, direction courant, et nombre d'impulsions.

Au-delà de six impulsions : configurations 12-impulsions

En employant des transformateurs avec déphasages de 30° (connexions Y-Δ ou Δ-Y), deux redresseurs pont triphasés peuvent être parallélisés pour produire 12 impulsions par cycle, réduisant davantage le ripple. Cette technique est courante dans les alimentations industrielles à grande échelle.

Points clés

• Le redressement convertit AC en DC utilisant des dispositifs permettant un flux de courant unidirectionnel.
• Les redresseurs demi-onde sont simples mais produisent un DC hautement pulsé.
• Les redresseurs à onde complète — point milieu ou pont — délivrent un DC plus lisse et conviennent à la plupart des alimentations.
• Le redressement polyphasé produit un DC encore plus lisse avec moins de ripple, avantageux pour applications haute puissance, faible bruit.

Feuilles de travail associées

• Feuille de travail : Diodes redresseuses