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Fonctionnement d’une alimentation (1ère partie)

1 : Introduction 2 : Pourquoi du découpage ? 3 : Comment découpe-t-on une tension ? 4 : Fonctionnement 6 : Approfondissements des composants (suite) 7 : Topologies de fonctionnement 8 : Topologie en demi-pont 9 : Topologie en demi-pont (suite) 10 : Topologie en conduction directe 11 : Topologie en conduction directe (suite) 12 : Point de vue global sur l'alimentation, modifs à éviter 13 : Rendement électrique 14 : Rendement électrique : améliorations possibles 15 : Rendement électrique : remise en cause et évolution

Approfondissements des composants

Détaillons un peu le fonctionnement avec les composants principaux qui ont été annotés sur l’image précédente. On commence avec l’arrivée du 230 V dans l’alimentation :

Image 1 : Fonctionnement d'une alimentation (1ère partie)

Le premier élément de sécurité indispensable est un fusible F1 qui protégera le réseau d’une défaillance de l’alimentation, et pas l’inverse ! Il sautera au cas où un court-circuit venait à se produire au découpage notamment. Dans ce cas, le courant appelé devient extrêmement élevé et le fusible fond pour ne pas surcharger le réseau.

Image 2 : Fonctionnement d'une alimentation (1ère partie)On continue dans la sécurité avec un varistor, noté S1, qui protège l’alimentation des surtensions brutales qu’il peut y avoir si jamais la foudre venait à s’abattre pas loin. En temps normal, cet élément a une très grande résistance électrique, le courant de fuite qui le traverse est donc négligeable et rien ne se passe. Par contre, lorsque la tension augmente brutalement au delà d’un certain seuil, sa résistance chute d’un seul coup et il court-circuite alors directement l’entrée. Comme il est capable d’absorber une très grosse énergie durant la fraction de seconde que dure le phénomène, il évite que la haute tension n’endommage ce qui se trouve derrière lui. Ca ne remplace pas un vrai système parasurtenseur, mais c’est une sécurité supplémentaire qui peut s’avérer bien utile.

Image 3 : Fonctionnement d'une alimentation (1ère partie)On trouve juste derrière lui plusieurs filtres pour empêcher les parasites hautes fréquences générés par l’étage de découpage (ou d’un PFC actif) de remonter vers le réseau pour le polluer. Sur le schéma, on a 2 filtres T1 et T2 avec les condensateurs associés C1, C2 et C3, mais il peut y en avoir 3 pour encore plus d’efficacité. La filtre T1 s’occupe des interférences dites en mode commun et T2 s’occupe de celles en mode différentiel. On ne s’étalera pas sur les différences qui sont liées au sens de parcours du courant dans certains fils et aux interactions interlignes. Le but est de bloquer les hautes fréquences grâce à des condensateurs et des ferrites d’antiparasitage qui font office de barrière. Ils produisent très peu de pertes pour le rendement final.

Image 4 : Fonctionnement d'une alimentation (1ère partie)On peut ensuite redresser la tension alternative sinusoïdale avec un pont de diodes tout simple pour la rendre continue en mettant toutes les alternances du même côté. Son fonctionnement est amélioré quand il y a un PFC actif car le courant est bien sinusoïdal et évolue en douceur. Quand il n’y a pas de PFC, le courant arrive en pics et les diodes doivent encaisser cette brutalité. Ca dissipe quelques watts à pleine charge à cause de la chute de tension inévitable des diodes (~0.7 V). En sortie, on obtient du 325 V continu non lissé (230 V RMS = 325 V crête) pour alimenter le module PFC s’il y en a un, sinon directement l’étage de découpage en passant par un ou deux gros condensateurs suivant la manière choisie pour découper. Ces condensateurs serviront à lisser la tension et à stocker de l’énergie pour le découpage.

On passe sur les explications du PFC ainsi que sur la manière d’alimenter le transformateur, ça sera détaillé un peu plus tard. On s’occupe maintenant des circuits de sortie :

Image 5 : Fonctionnement d'une alimentation (1ère partie)

Les impulsions sortent des enroulements secondaires du transformateur pour aller à l’étage de redressement final. On utilise encore une fois des diodes pour faire ce travail (rappel : elles ne laissent passer le courant que dans un seul sens). Elles sont un peu différentes des diodes classiques car ce sont des diodes de puissance et très rapides, dites diodes Schottky. Ca signifie simplement que si la tension vient à s’inverser à ses bornes, ce qui est le cas avec les impulsions positives-négatives, elle se bloque beaucoup plus vite qu’une diode normale pour ne pas laisser passer le courant dans l’autre sens. C’est très important vu la vitesse de découpage.

En plus, elle engendre une chute de tension plus faible (~0.3 à 0.5 V) que les diodes normales (~0.7 V) et donc provoque moins de pertes inutiles lors du passage de forts courants. Pour des raisons de commodité, on les rassemble par 2 dans un même pack qu’on désigne par le terme « barrière Schottky ». On en trouve plusieurs sur le radiateur près de la sortie pour les 3 tensions principales. On peut avoir 1 ou 2 barrières en parallèle par tension suivant leurs caractéristiques électriques et la puissance maximale du rail en question. Ces diodes sont l’une des sources majeures de perte de rendement dans l’alimentation, avec les transistors de découpage.

Voici à quoi ça ressemble avec le composant de gauche SBL2040CT et son schéma équivalent :

Image 6 : Fonctionnement d'une alimentation (1ère partie)

Le courant ne peut circuler que de A1 ou A2 vers K (dans le sens des flèches), l’autre sens est bloqué par les diodes. Nous avons mis exprès cette photo pour montrer un bidouillage trouvé dans l’alimentation qui a lâché dont nous parlons en introduction. Par souci d’économie, l’une des barrières Schottky en pack a été remplacée par 2 diodes normales. Ca ne vaut pas grand chose et ça brûlera bien vite car ça n’est pas fait pour supporter un gros courant longtemps (suivant les spécifications annoncées), surtout qu’elles ne sont pas directement fixées au radiateur pour être refroidies, hormis par leurs pattes. Fuyez ce genre de choses, c’est bon à démolir une configuration.

Sommaire :

  1. Introduction
  2. Pourquoi du découpage ?
  3. Comment découpe-t-on une tension ?
  4. Fonctionnement
  5. Approfondissements des composants
  6. Approfondissements des composants (suite)
  7. Topologies de fonctionnement
  8. Topologie en demi-pont
  9. Topologie en demi-pont (suite)
  10. Topologie en conduction directe
  11. Topologie en conduction directe (suite)
  12. Point de vue global sur l'alimentation, modifs à éviter
  13. Rendement électrique
  14. Rendement électrique : améliorations possibles
  15. Rendement électrique : remise en cause et évolution