Alimentations linéaires vs à découpage (SMPS) : comprendre la technologie SMPS

L'adaptateur est largement utilisé aujourd'hui. Il apparaît généralement comme un bloc noir rectangulaire, et la première étape pour utiliser un appareil électronique est de brancher l'adaptateur sur la prise murale.

Simple en apparence, l'adaptateur est assez complexe dans sa structure interne. Apprenons-en plus ensemble.

Qu'est-ce qu'un adaptateur ?

Comme son nom l'indique, un adaptateur adapte votre appareil électrique au secteur.

Normalement, nos appareils domestiques (réfrigérateur, lave-linge) fonctionnent directement sous la tension du secteur : 120 V, 60 Hz CA aux USA.

Cependant, certains appareils fonctionnent sous basse tension (ex. 20 V), ils ont donc besoin d'un adaptateur pour abaisser la tension et obtenir une alimentation adaptée.

De plus en plus de fonctions sont ajoutées aux appareils, nécessitant un circuit de commande pour les gérer.

Comme le circuit de commande fonctionne souvent sous basse tension, certaines parties du circuit interne des appareils jouent le rôle d'adaptateur. Cela montre qu'un adaptateur indépendant permet de garder la partie principale des appareils compacte, ce qui est crucial pour l'électronique actuelle.

Types d'adaptateurs

Les adaptateurs les plus courants sont : alimentations linéaires et alimentations à découpage (SMPS).

Avant d'entrer dans les détails, introduisons quelques concepts pour mieux comprendre.

• Transformateur : deux bobines différentes enroulées sur un même noyau, permet d'ajuster la tension entre deux circuits.
• Redresseur : convertit le courant alternatif (CA), qui inverse sa direction périodiquement, en courant continu (CC) qui ne circule que dans un sens. Inclut plusieurs types : diodes à tube, diodes semi-conductrices, etc.
• Filtre : composé de condensateur, inductance et résistance. Lisse la forme d'onde pulsée du CC redressé.

Alimentation linéaire

Dans une alimentation linéaire, un transformateur abaisse la tension du secteur à une tension inférieure.

Un redresseur la convertit en CC pulsé, puis un filtre lisse la forme d'onde, avec des variations résiduelles de ripple assez faibles pour laisser l'appareil alimenté inchangé.

Un circuit linéaire doit être conçu pour une plage spécifique et étroite de tensions d'entrée et utiliser un transformateur adapté à la fréquence, généralement 50 ou 60 Hz. En raison de la fréquence relativement basse, le transformateur dans un circuit linéaire est gros.

Pour les équipements exigeant une tension plus stable ou précise, un régulateur de tension linéaire est nécessaire. Les pertes dans le gros transformateur et le régulateur mènent à un faible rendement.

Par ailleurs, la taille du transformateur limite la puissance maximale qu'une alimentation linéaire peut fournir.

Conclusion : pour des appareils exigeant précision et travaillant sous charge relativement faible (ex. enceinte Hi-Fi), l'alimentation linéaire est un meilleur choix.

Alimentation à découpage (SMPS)

Une SMPS est bien plus complexe qu'une alimentation linéaire.

Dans une SMPS, l'entrée CA secteur est directement redressée puis filtrée pour obtenir une tension CC. Cette tension CC est commutée allumée/éteinte à une très haute fréquence (typiquement 10 kHz – 1 MHz) par un circuit de commutation électronique, produisant un courant CA. Ce courant CA passe ensuite par un transformateur ou une inductance haute fréquence.

Après le transformateur ou l'inductance, le CA haute fréquence est redressé et filtré pour produire la tension CC de sortie.

Voici l'astuce : le CA haute fréquence permet d'utiliser des transformateurs et condensateurs de filtrage beaucoup plus petits, plus légers et moins chers que ceux des alimentations linéaires fonctionnant à la fréquence secteur.

Grâce aux composants de commutation utilisés, la SMPS a un haut rendement > 90 %. Et en supprimant la limite de taille du transformateur, une SMPS peut fournir plus de puissance qu'une alimentation linéaire.

C'est pourquoi les adaptateurs chargeant nos PC, téléphones et autres appareils sont tous des SMPS.

En outre, les composants de commutation rapide dans les SMPS peuvent causer du bruit électrique, influençant l'appareil connecté.

Par conséquent, la tension de sortie d'une alimentation linéaire est naturellement plus pure que celle d'une SMPS, la rendant préférable dans les cas précis.

Ceci termine l'article.

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