Circuits d'alimentation

Il existe trois principaux types d'alimentations :non régulées (également appelée force brute ), régulée linéaire , et commutation . Le quatrième type de circuit d'alimentation appelé à régulation par ondulation , est un hybride entre les conceptions de « force brute » et de « commutation », et mérite une sous-section à elle seule.

Non réglementé

Une alimentation électrique non régulée est le type le plus rudimentaire, composé d'un transformateur , redresseur , et filtre passe-bas . Ces alimentations présentent généralement beaucoup de tension d'ondulation (c'est-à-dire une instabilité variant rapidement) et d'autres « bruits » CA superposés à l'alimentation CC. Si la tension d'entrée varie, la tension de sortie variera d'une quantité proportionnelle. L'avantage d'un approvisionnement non réglementé est qu'il est bon marché, simple et efficace.

Linéaire régulé

Une alimentation linéaire régulée est simplement une alimentation à « force brute » (non régulée) suivie d'un circuit à transistors fonctionnant dans son mode « actif » ou « linéaire », d'où le nom linéaire régulateur. (Évidemment rétrospectivement, n'est-ce pas ?) Un régulateur linéaire typique est conçu pour produire une tension fixe pour une large gamme de tensions d'entrée, et il supprime simplement toute tension d'entrée excédentaire pour permettre une tension de sortie maximale à la charge. Cette chute de tension excessive entraîne une dissipation de puissance importante sous forme de chaleur. Si la tension d'entrée devient trop faible, le circuit du transistor perdra sa régulation, ce qui signifie qu'il ne parviendra pas à maintenir la tension stable. Il ne peut que baisser la tension excessive, et non compenser une déficience de tension de la section de force brute du circuit. Par conséquent, vous devez maintenir la tension d'entrée au moins 1 à 3 volts supérieure à la sortie souhaitée, selon le type de régulateur. Cela signifie l'équivalent de puissance d'au moins au moins 1 à 3 volts multipliés par le courant à pleine charge seront dissipés par le circuit régulateur, générant beaucoup de chaleur. Cela rend les alimentations régulées linéaires plutôt inefficaces. De plus, pour se débarrasser de toute cette chaleur, ils doivent utiliser de grands dissipateurs thermiques, ce qui les rend gros, lourds et coûteux.

Commutation

Une alimentation électrique régulée par commutation (« switcher ») est un effort pour réaliser les avantages de la force brute et des conceptions régulées linéaires (petites, efficaces et bon marché, mais aussi « propre », tension de sortie stable). Les alimentations à découpage fonctionnent sur le principe de la rectification de la tension d'alimentation CA entrante en courant continu, en la reconvertissant en courant alternatif à onde carrée haute fréquence via des transistors fonctionnant comme des interrupteurs marche/arrêt, en augmentant ou en diminuant cette tension alternative en utilisant un poids léger transformateur, puis rectifier la sortie CA du transformateur en CC et filtrer pour la sortie finale. La régulation de la tension est obtenue en modifiant le « cycle de service » de l'inversion CC-CA du côté primaire du transformateur. En plus d'être plus légers grâce à un noyau de transformateur plus petit, les commutateurs présentent un autre avantage considérable par rapport aux deux conceptions précédentes :ce type d'alimentation peut être rendu si totalement indépendant de la tension d'entrée qu'il peut fonctionner sur n'importe quel système d'alimentation électrique dans le monde ; celles-ci sont appelées alimentations « universelles ». L'inconvénient des commutateurs est qu'ils sont plus complexes et, en raison de leur fonctionnement, ils ont tendance à générer beaucoup de «bruit» CA à haute fréquence sur la ligne électrique. La plupart des commutateurs ont également une tension d'ondulation importante sur leurs sorties. Avec les types les moins chers, ce bruit et cette ondulation peuvent être aussi mauvais que pour une alimentation électrique non régulée; de tels commutateurs bas de gamme ne valent pas rien, car ils fournissent toujours une tension de sortie moyenne stable, et il y a la capacité d'entrée "universelle". Les commutateurs coûteux sont sans ondulation et ont un bruit presque aussi faible que pour certains de type linéaire ; ces commutateurs ont tendance à être aussi chers que les alimentations linéaires. La raison d'utiliser un mélangeur coûteux au lieu d'un bon linéaire est si vous avez besoin d'une compatibilité avec un système d'alimentation universel ou d'un rendement élevé. Un rendement élevé, un poids léger et une petite taille sont les raisons pour lesquelles les alimentations à découpage sont presque universellement utilisées pour alimenter les circuits informatiques numériques.

Ondulation régulée

Une alimentation régulée par ondulation est une alternative au schéma de conception régulé linéaire :une alimentation à « force brute » (transformateur, redresseur, filtre) constitue l'« extrémité avant » du circuit, mais un transistor fonctionne strictement en marche/arrêt. Les modes (saturation/coupure) transfèrent l'alimentation CC à un grand condensateur au besoin pour maintenir la tension de sortie entre un point de consigne haut et un point de consigne bas. Comme dans les commutateurs, le transistor d'un régulateur d'ondulation ne laisse jamais passer le courant lorsqu'il est dans son mode « actif » ou « linéaire » pendant une durée substantielle, ce qui signifie que très peu d'énergie sera gaspillée sous forme de chaleur. Cependant, le plus gros inconvénient de ce schéma de régulation est la présence nécessaire d'une tension d'ondulation sur la sortie, car la tension continue varie entre les deux points de consigne de contrôle de tension. De plus, cette tension d'ondulation varie en fréquence en fonction du courant de charge, ce qui rend le filtrage final du courant continu plus difficile. Les circuits de régulateur d'ondulation ont tendance à être un peu plus simples que les circuits de commutation, et ils n'ont pas besoin de gérer les tensions de ligne d'alimentation élevées que les transistors de commutation doivent gérer, ce qui les rend plus sûrs à utiliser.

FEUILLE DE TRAVAIL CONNEXE :

• Fiche de travail sur les sources d'alimentation réglementées