\nToujours plus de puissance \u00e9lectrique \u00e0 fournir aux derni\u00e8res g\u00e9n\u00e9rations de mat\u00e9riels aptes \u00e0 faire tourner correctement les jeux les plus lourds par exemple\u00a0: voil\u00e0 le dilemme auquel les utilisateurs doivent faire face lors de l\u2019achat d\u2019une nouvelle configuration ou d\u2019une mise \u00e0 jour de leur machine.<\/p>\n\n\n\n\n\n
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On ne rappellera jamais assez qu\u2019une alimentation de qualit\u00e9 est un investissement un peu co\u00fbteux, mais utilisable sur du moyen terme car les normes \u00e0 ce niveau \u00e9voluent assez lentement.<\/p>\n\n\n\n\n\n
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Il y a encore quelques ann\u00e9es, les alimentations dites “nonames” suffisaient. Aujourd\u2019hui, la demande de courants toujours plus \u00e9lev\u00e9s n\u2019est pas sans poser de probl\u00e8mes et n\u00e9cessite des composants d\u2019une certaine qualit\u00e9. Par exp\u00e9rience, il faut \u00e9viter les alimentations g\u00e9n\u00e9riques car elles ne rapportent en g\u00e9n\u00e9ral que des ennuis et potentiellement des dommages pour l\u2019ensemble du mat\u00e9riel si elles viennent \u00e0 d\u00e9railler. Les maux sont nombreux\u00a0: r\u00e9gulation quasi inexistante, s\u00e9curit\u00e9s absentes, sous-dimensionnement g\u00e9n\u00e9ralis\u00e9, filtrage b\u00e2cl\u00e9, composants bas de gamme, nuisances sonores, etc.<\/p>\n\n\n\n\n\n
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Pour avoir personnellement essay\u00e9 une alimentation g\u00e9n\u00e9rique donn\u00e9e pour 350 W (fourni avec un bo\u00eetier), en attendant d\u2019en recevoir une bonne, sur une simple configuration compos\u00e9e d\u2019un AMD64 3000+ non o\/c, 512Mo de DDR et d\u2019une Radeon 9800 Pro, l\u2019alimentation a br\u00fbl\u00e9e \u00e0 peine 5 secondes apr\u00e8s avoir lanc\u00e9 3DMark 2005\u00a0! Rien d\u2019\u00e9tonnant \u00e0 cela quand on l\u2019ouvre pour voir les choix technologiques suicidaires qui sont fait \u00e0 force de vouloir faire des \u00e9conomies.<\/p>\n\n\n\n\n\n
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N\u00e9gliger l\u2019alimentation est une erreur qui peut donc se payer cher et malheureusement certaines marques, qui ne sont pas loin de ce que l\u2019on pourrait appeler des “nonames” remarqu\u00e9es, annoncent des caract\u00e9ristiques trompeuses sur leurs produits qui ne refl\u00e8tent absolument pas la r\u00e9alit\u00e9\u00a0! Il ne faut pas \u00eatre dupe quand une alimentation sens\u00e9e pouvoir d\u00e9livrer 500 W est vendue 20 \u20ac car si elle tient 250 W en continu en respectant la norme c\u2019est d\u00e9j\u00e0 bien beau… Entre les puissances en cr\u00eate et les puissantes r\u00e9ellement d\u00e9livrables, il y a un gouffre que certains n\u2019h\u00e9sitent pas \u00e0 franchir pour abuser les clients potentiels.<\/p>\n\n\n\n\n\n
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En r\u00e8gle g\u00e9n\u00e9rale et par mesure de s\u00fbret\u00e9, il faut \u00e9viter de tirer plus de 80 % de la capacit\u00e9 maximale d\u2019une alimentation afin de pr\u00e9venir tout risque d\u2019usure pr\u00e9matur\u00e9e ou de stabilit\u00e9 \u00e0 court terme. M\u00eame si une alimentation de qualit\u00e9 arrivera \u00e0 tenir la charge maximale sans se mettre en s\u00e9curit\u00e9, elles ne sont pas vraiment faites pour rester \u00e0 de tels niveaux de contraintes pendant longtemps (chute du rendement, stabilit\u00e9 moindre, temp\u00e9rature \u00e9lev\u00e9e, etc.).<\/p>\n\n\n\n\n\n
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Ce dossier va d\u00e9crire assez en profondeur un grand nombre d\u2019aspects relatifs \u00e0 l\u2019\u00e9lectronique des alimentations et aux diff\u00e9rents facteurs qui nous int\u00e9ressent directement lorsqu\u2019on souhaite acheter une alimentation. Certaines notions sujettes \u00e0 de nombreuses confusions seront d\u00e9crypt\u00e9es pour en faciliter la compr\u00e9hension. De nombreux exemples concrets seront fournis pour comprendre correctement les diff\u00e9rents aspects et c\u2019est normalement assez accessible si la lecture est soutenue. Attention, le contenu de ce dossier est tr\u00e8s riche et extr\u00eamement dense. Il est donc pr\u00e9sent\u00e9 en deux parties afin de faciliter sa digestion. Par ailleurs, il sera suivi d\u2019un gros comparatif d\u2019alimentations.<\/p>\n\n\n\n
Une alimentation pour ordinateur est un syst\u00e8me complexe qui doit \u00eatre capable de fournir plusieurs tensions de mani\u00e8re r\u00e9gul\u00e9e (3.3, 5, 12 et -12 V actuellement).<\/p>
Les alimentations basse tension du type chargeur ou petit transformateur pour console, t\u00e9l\u00e9phone, etc. abaissent le 230 V alternatif \u00e0 quelques volts \u00e0 l’aide d’un transformateur, le redressent gr\u00e2ce \u00e0 un pont de diodes, le lissent gr\u00e2ce \u00e0 un condensateur et le r\u00e9gulent (pas toujours le cas) pour fournir du 12 V continu par exemple. C’est un syst\u00e8me tr\u00e8s simple de ce type :<\/p>
Le rendement d’un tel syst\u00e8me est tr\u00e8s mauvais (25-50 %) car on dissipe beaucoup d’\u00e9nergie inutilement, mais il est suffisant pour de tr\u00e8s petites puissances car c’est tr\u00e8s peu cher \u00e0 fabriquer. N\u00e9anmoins, on emploie de plus en plus du d\u00e9coupage pour optimiser et r\u00e9duire \u00e9norm\u00e9ment la taille de ces adaptateurs. Si on utilisait ce genre de syst\u00e8me lin\u00e9aire pour alimenter un PC qui demanderait 300 W, il faudrait consommer pas loin de 900 W pour que le syst\u00e8me fonctionne, avec une diff\u00e9rence de 600 W qui partirait en chaleur ! En 50 Hz, il faudrait un gros transformateur, pesant pas loin de 10 kg, pour \u00eatre capable de fournir 300 W, en plus des 600 W de pertes induites par la r\u00e9gulation, qu’il faudra bien dissiper….<\/p>
Il faut donc trouver une solution beaucoup plus efficace et c’est l\u00e0 que le d\u00e9coupage intervient. Pour faire simple, une alimentation \u00e0 d\u00e9coupage transforme le 230 V alternatif en 325-400 V continu, puis hache cette tension \u00e0 haute fr\u00e9quence pour en faire un train de fines impulsions (dur\u00e9e = ~0.00001 seconde), dont la moyenne liss\u00e9e et filtr\u00e9e donnera les tensions n\u00e9cessaires en sortie. Voici l’explication en images :<\/p>
Pour \u00e9viter les pertes inutiles, il suffit simplement de ne pas avoir la tension et le courant en un m\u00eame point au m\u00eame instant. Ici, l’interrupteur n’a que 2 \u00e9tats, soit il laisse passer le courant (\u00e9tat passant) soit il l’emp\u00eache de passer (\u00e9tat bloqu\u00e9), donc th\u00e9oriquement la tension et le courant ne sont jamais pr\u00e9sents en m\u00eame temps. Quand le transistor est bloqu\u00e9, le courant qui le traverse est nul et quand il est passant, la tension \u00e0 ses bornes est nulle (toujours en th\u00e9orie). En r\u00e9alit\u00e9, le transistor n’est pas parfait et occasionne des pertes \u00e0 son ouverture et sa fermeture car ce n’est pas instantan\u00e9 (pertes par commutation) et aussi lorsque le courant le traverse car il a une r\u00e9sistance tr\u00e8s faible mais pas nulle (pertes par conduction).<\/p>
Au final, les pertes occasionn\u00e9es aux transistors en r\u00e9gime de commutation sont quand m\u00eame infiniment plus faibles qu’en r\u00e9gime lin\u00e9aire pour le r\u00e9gulateur. Voici l’illustration du ph\u00e9nom\u00e8ne d\u00e9crit au dessus :<\/p>
Le fait de d\u00e9couper \u00e0 haute fr\u00e9quence est important car plus on d\u00e9coupe vite, plus on peut r\u00e9agir vite face aux sollicitations ext\u00e9rieures, plus on manipule de petites quantit\u00e9s d’\u00e9nergie et plus on peut r\u00e9duire la taille des composants. Pour un transformateur, sa taille est inversement proportionnelle \u00e0 sa fr\u00e9quence d’utilisation. C’est pour cela qu’on trouve des monstres (transformateurs toriques tr\u00e8s lourds) dans les amplificateurs audio pour \u00e9viter le d\u00e9coupage car \u00e7a implique de filtrer les nombreux parasites g\u00e9n\u00e9r\u00e9s (\u00e7a co\u00fbte cher) et les audiophiles n’aiment pas vraiment les parasites. On peut aussi r\u00e9duire la valeur des condensateurs et l’encombrement des autres \u00e9l\u00e9ments car on travaille sur de toutes petites quantit\u00e9s en un temps donn\u00e9. A 50 kHz, un tout petit transformateur suffit \u00e0 fournir une grosse puissance sans probl\u00e8me. Les alimentations \u00e0 d\u00e9coupage permettent alors d’avoir des puissances volumiques en W\/cm3 (rapport puissance\/encombrement) tr\u00e8s \u00e9lev\u00e9es car les \u00e9l\u00e9ments ne prennent pas trop de place et on peut sortir des grosses puissances.<\/p>
A priori, le d\u00e9coupage appara\u00eet donc comme une solution id\u00e9ale, mais il a des inconv\u00e9nients notables au niveau de la compatibilit\u00e9 \u00e9lectromagn\u00e9tique notamment. Outre le fait que ce soit bien plus complexe et plus cher \u00e0 faire qu’une alimentation lin\u00e9aire, le d\u00e9coupage engendre un tas de parasites et une ondulation qu’il est imp\u00e9ratif de filtrer en sortie (normes s\u00e9v\u00e8res l\u00e0 dessus). D\u00e9couper tr\u00e8s vite g\u00e9n\u00e8re des pics et des variations ultra rapides de la tension et du courant, et qui dit variations rapides dit interf\u00e9rences et rayonnements \u00e9lectromagn\u00e9tiques. Ces parasites prennent la forme d’interf\u00e9rences \u00e9lectromagn\u00e9tiques (EMI) rayonn\u00e9es ou r\u00e9inject\u00e9es par conduction dans les fils vers le r\u00e9seau. Il faut absolument les contenir et les att\u00e9nuer pour \u00e9viter de polluer l’environnement \u00e9lectrique proche.<\/p>
Pour le premier type, le ch\u00e2ssis en acier agit comme un blindage pour att\u00e9nuer les \u00e9missions radiofr\u00e9quences qui peuvent perturber la r\u00e9ception de la TV ou de la radio par exemple. Le deuxi\u00e8me type est plus compliqu\u00e9 \u00e0 g\u00e9rer car il faut mettre en place des filtres en ligne pour les absorber. Ces filtres sont \u00e9videmment pr\u00e9sents dans les bonnes alimentations et souvent de mani\u00e8re incompl\u00e8te dans les alimentations bas de gamme pour r\u00e9duire les co\u00fbts. Ils prot\u00e8gent aussi bien l’alimentation du bruit \u00e9lectrique qui circule sur le r\u00e9seau, que le r\u00e9seau des parasites hautes fr\u00e9quences g\u00e9n\u00e9r\u00e9s par le d\u00e9coupage, \u00e7a marche dans les 2 sens. <\/p>\n\n\n\n
Voil\u00e0 un sch\u00e9ma de principe du fonctionnement d’une alimentation \u00e0 d\u00e9coupage :<\/p>
On r\u00e9gule la tension de sortie en fonction de la charge en modulant la largeur des impulsions cr\u00e9\u00e9es par les transistors (ils restent passants plus ou moins longtemps). C’est un circuit int\u00e9gr\u00e9 qui s’occupe de cet asservissement dont on d\u00e9taillera les diff\u00e9rents modes plus loin dans le dossier. Ce syst\u00e8me fait varier la largeur des impulsions en agissant sur le temps de conduction des transistors (rapport cyclique), tout en gardant une fr\u00e9quence de d\u00e9coupage constante : c’est de la Modulation de Largeur d’Impulsion (MLI). Plus les transistors resteront passants longtemps, plus l’impulsion sera large, plus on enverra d’\u00e9nergie dans le transformateur, et finalement plus la\/les tension(s) en sortie augmentera(ont). Cette r\u00e9gulation est imp\u00e9rative car lors d’une demande de puissance sur une ligne, il se produit une chute de tension in\u00e9vitable qu’il faut compenser sans cesse en relevant-abaissant le niveau de tension \u00e0 la vol\u00e9e suivant la charge.<\/p>
Ci-dessous, figure un exemple concret et d\u00e9taill\u00e9 d’une LC Power 550 W d\u00e9pouill\u00e9e pour l’occasion. La majorit\u00e9 des alimentations \u00e0 r\u00e9gulation coupl\u00e9e seront semblables \u00e0 celle-ci :<\/p>
On continue dans la s\u00e9curit\u00e9 avec un varistor, not\u00e9 S1, qui prot\u00e8ge l’alimentation des surtensions brutales qu’il peut y avoir si jamais la foudre venait \u00e0 s’abattre pas loin. En temps normal, cet \u00e9l\u00e9ment a une tr\u00e8s grande r\u00e9sistance \u00e9lectrique, le courant de fuite qui le traverse est donc n\u00e9gligeable et rien ne se passe. Par contre, lorsque la tension augmente brutalement au del\u00e0 d’un certain seuil, sa r\u00e9sistance chute d’un seul coup et il court-circuite alors directement l’entr\u00e9e. Comme il est capable d’absorber une tr\u00e8s grosse \u00e9nergie durant la fraction de seconde que dure le ph\u00e9nom\u00e8ne, il \u00e9vite que la haute tension n’endommage ce qui se trouve derri\u00e8re lui. Ca ne remplace pas un vrai syst\u00e8me parasurtenseur, mais c’est une s\u00e9curit\u00e9 suppl\u00e9mentaire qui peut s’av\u00e9rer bien utile.<\/p>
On trouve juste derri\u00e8re lui plusieurs filtres pour emp\u00eacher les parasites hautes fr\u00e9quences g\u00e9n\u00e9r\u00e9s par l’\u00e9tage de d\u00e9coupage (ou d’un PFC actif) de remonter vers le r\u00e9seau pour le polluer. Sur le sch\u00e9ma, on a 2 filtres T1 et T2 avec les condensateurs associ\u00e9s C1, C2 et C3, mais il peut y en avoir 3 pour encore plus d’efficacit\u00e9. La filtre T1 s’occupe des interf\u00e9rences dites en mode commun et T2 s’occupe de celles en mode diff\u00e9rentiel. On ne s’\u00e9talera pas sur les diff\u00e9rences qui sont li\u00e9es au sens de parcours du courant dans certains fils et aux interactions interlignes. Le but est de bloquer les hautes fr\u00e9quences gr\u00e2ce \u00e0 des condensateurs et des ferrites d’antiparasitage qui font office de barri\u00e8re. Ils produisent tr\u00e8s peu de pertes pour le rendement final.<\/p>
On peut ensuite redresser la tension alternative sinuso\u00efdale avec un pont de diodes tout simple pour la rendre continue en mettant toutes les alternances du m\u00eame c\u00f4t\u00e9. Son fonctionnement est am\u00e9lior\u00e9 quand il y a un PFC actif car le courant est bien sinuso\u00efdal et \u00e9volue en douceur. Quand il n’y a pas de PFC, le courant arrive en pics et les diodes doivent encaisser cette brutalit\u00e9. Ca dissipe quelques watts \u00e0 pleine charge \u00e0 cause de la chute de tension in\u00e9vitable des diodes (~0.7 V). En sortie, on obtient du 325 V continu non liss\u00e9 (230 V RMS = 325 V cr\u00eate) pour alimenter le module PFC s’il y en a un, sinon directement l’\u00e9tage de d\u00e9coupage en passant par un ou deux gros condensateurs suivant la mani\u00e8re choisie pour d\u00e9couper. Ces condensateurs serviront \u00e0 lisser la tension et \u00e0 stocker de l’\u00e9nergie pour le d\u00e9coupage.<\/p>
On passe sur les explications du PFC ainsi que sur la mani\u00e8re d’alimenter le transformateur, \u00e7a sera d\u00e9taill\u00e9 un peu plus tard. On s’occupe maintenant des circuits de sortie :<\/p>
En plus, elle engendre une chute de tension plus faible (~0.3 \u00e0 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 commodit\u00e9, on les rassemble par 2 dans un m\u00eame pack qu’on d\u00e9signe par le terme “barri\u00e8re Schottky”. On en trouve plusieurs sur le radiateur pr\u00e8s de la sortie pour les 3 tensions principales. On peut avoir 1 ou 2 barri\u00e8res en parall\u00e8le par tension suivant leurs caract\u00e9ristiques \u00e9lectriques 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 d\u00e9coupage.<\/p>
Voici \u00e0 quoi \u00e7a ressemble avec le composant de gauche SBL2040CT et son sch\u00e9ma \u00e9quivalent :<\/p>
Cette propri\u00e9t\u00e9 tr\u00e8s pratique est utilis\u00e9e pendant le temps o\u00f9 le courant d\u00e9livr\u00e9 par le transformateur est nul (entre chaque impulsion). Il ne faut \u00e9videmment pas interrompre l’apport d’\u00e9nergie aux p\u00e9riph\u00e9riques, ne serait-ce qu’une fraction de seconde ! Cette t\u00e2che revient \u00e0 une grosse inductance L1 qui donne un courant de cette allure sous le r\u00e9gime d’impulsions :<\/p>
Le courant est continu et liss\u00e9, on s’attaque maintenant au filtrage de la tension \u00e0 l’aide des condensateurs C9 et C10 qui forment un filtre passe-bas avec une petite inductance L2. Ce filtre a pour r\u00f4le de bloquer et d’att\u00e9nuer les parasites hautes fr\u00e9quences issues du d\u00e9coupage. Un condensateur c’est l’inverse d’une inductance si l’on veut, lui ne tol\u00e8re pas que la tension \u00e0 ses bornes varie brutalement. Il fera tout pour la maintenir \u00e0 un niveau constant en d\u00e9livrant l’\u00e9nergie emmagasin\u00e9e pour compenser. Malgr\u00e9 les variations possibles en sortie, le condensateur lissera donc les imperfections pour donner une tension aussi plate que possible.<\/p>
Il doit y avoir une capacit\u00e9 suffisante (en Farad) pour assurer la continuit\u00e9 lors des demandes brutales de puissance sur la ligne, le temps que l’alimentation r\u00e9agisse et n’ordonne au d\u00e9coupage d’envoyer plus d’\u00e9nergie. Si on ne met pas assez de condensateurs, la stabilit\u00e9 de l’alimentation en p\u00e2tira s\u00e9rieusement car \u00e0 la moindre sollicitation, la tension s’effondra pendant une fraction de seconde faute d’\u00e9nergie disponible et cela peut suffire \u00e0 faire planter la machine. L’ondulation r\u00e9siduelle (ripple) sera plus importante faute de condensateurs et la tension sera beaucoup moins propre. C’est ce que vous aurez sur des alimentations bas de gamme o\u00f9 l’on n’h\u00e9site pas \u00e0 r\u00e9duire, voire \u00e0 supprimer, des condensateurs et des petites inductances afin de faire des \u00e9conomies. Il en r\u00e9sulte bien \u00e9videmment une tension de sortie compl\u00e8tement ignoble. Ils doivent aussi \u00eatre du type “Low ESR” (ou mieux “Ultra Low ESR”), c’est \u00e0 dire \u00e0 faible r\u00e9sistance s\u00e9rie pour \u00e9viter les pertes inutiles (un condensateur \u00e7a chauffe un peu).<\/p>
Souvenez-vous des probl\u00e8mes de condensateurs de mauvaise qualit\u00e9 qui laissaient \u00e9chapper leur liquide \u00e9lectrolytique sur certaines cartes m\u00e8res et notamment \u00e0 l’\u00e9tage d’alimentation du processeur o\u00f9 ils sont beaucoup sollicit\u00e9s. La capacit\u00e9 totale \u00e9tait largement diminu\u00e9e et le plantage survenait quand le processeur passait \u00e0 pleine charge car son Vcore, qui doit \u00eatre maintenu avec une tol\u00e9rance tr\u00e8s stricte, ne pouvait plus l’\u00eatre et s’effondrait lors de l’appel du courant (vitesse de mont\u00e9e = plusieurs dizaines d’amp\u00e8res par microseconde). <\/p>
Voil\u00e0, on a finalement notre tension de sortie relativement propre pour alimenter ce que l’on veut. Le dernier point, et non des moindres, concerne l’aspect r\u00e9gulation pour maintenir les tensions \u00e0 un niveau stable quelles que soient les charges sur les lignes. Ca sera l’objet d’une partie comparative entre les r\u00e9gulations classiques dites “coupl\u00e9es” ou “crois\u00e9es” et les r\u00e9gulations ind\u00e9pendantes beaucoup plus performantes. Cette r\u00e9gulation se fera en agissant sur le temps de conduction des transistors de d\u00e9coupage. Plus on demandera de puissance en sortie, plus ils enverront d’\u00e9nergie dans le transformateur, et inversement.<\/p>
On n’oublie pas de parler du 5VSB (StandBy) qui poss\u00e8de son propre \u00e9tage de d\u00e9coupage, son mini transformateur et son circuit de sortie d\u00e9di\u00e9, tout en parall\u00e8le du reste. La puissance disponible est tr\u00e8s faible et il reste tout le temps actif m\u00eame lorsqu’on \u00e9teint la machine sans retirer la prise. Il permet d’assurer des fonctions de r\u00e9veil en r\u00e9seau, de d\u00e9marrage au clavier, etc. On ne parle pas du -5 V qui est d\u00e9sormais obsol\u00e8te depuis Janvier 2002. Il reste le -12 V qui peut \u00eatre cr\u00e9\u00e9 \u00e0 partir de l’enroulement du 12 V en mettant 2 petites diodes \u00e0 l’envers par exemple, \u00e7a suffit amplement vu le peu de puissance n\u00e9cessaire. <\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n
La topologie c’est la mani\u00e8re de fournir l’\u00e9nergie aux circuits de sortie par l’interm\u00e9diaire du transformateur. Il existe d’innombrables possibilit\u00e9s pour r\u00e9aliser ce transfert \u00e9nerg\u00e9tique avec toutes les variantes possibles et imaginables. Chacune a ses avantages, ses inconv\u00e9nients, ses limitations, sa complexit\u00e9, son co\u00fbt, son domaine de pr\u00e9dilection, etc.<\/p>
Les 2 plus employ\u00e9es pour nous sont celles en “forward” (conduction directe) et en “half-bridge” (demi-pont). La premi\u00e8re est destin\u00e9e \u00e0 des puissances de quelques centaines de watts en g\u00e9n\u00e9ral et la deuxi\u00e8me permet d’aller \u00e0 1500-2000 W environ. Au del\u00e0, il existe des variantes plus robustes avec du “full bridge” (pont int\u00e9gral) \u00e0 4 transistors, mais on n’en parlera pas.<\/p>
Elles ont toutes pour but de nourrir le transformateur, qui abaissera la tension qu’on lui injecte, d’une certaine mani\u00e8re suivant ce que l’on souhaite obtenir en sortie :<\/p>
On peut faire une petite parenth\u00e8se sur cette topologie tr\u00e8s int\u00e9ressante qui sera peut \u00eatre utilis\u00e9e un jour prochain dans nos alimentations… On a vu qu’un transistor provoque des pertes lorsqu’il commute (passant->bloqu\u00e9 ou bloqu\u00e9->passant), or plus on veut d\u00e9couper rapidement pour diminuer la taille des composants, plus les pertes par commutation du transistor augmentent car elles sont li\u00e9es \u00e0 la fr\u00e9quence. Les pertes des autres composants diminueront gr\u00e2ce au d\u00e9coupage plus rapide, mais le rendement global diminuera quand m\u00eame \u00e0 cause des transistors. On est donc contraints de devoir d\u00e9couper \u00e0 une fr\u00e9quence raisonnable pour garder le meilleur compromis possible. On pourrait faire bien mieux si ces pertes n’existaient pas et c’est l\u00e0 que les topologies r\u00e9sonantes interviennent. A chaque commutation, on va faire en sorte d’annuler la tension ou le courant vu par le transistor pour ne pas avoir la pr\u00e9sence simultan\u00e9e des 2 grandeurs : il commute alors sans pertes (ou tr\u00e8s peu) ! Plus grand chose ne s’oppose alors \u00e0 la mont\u00e9e en fr\u00e9quence, \u00e0 la diminution de l’encombrement, \u00e0 l’augmentation du rendement, etc. Fin de la parenth\u00e8se.<\/p>
L’optimisation d’une alimentation \u00e0 d\u00e9coupage est une t\u00e2che ardue car le fait de toucher \u00e0 une variable induit des changements sur les autres puisque la majorit\u00e9 d’entres elles sont intimement li\u00e9es. Il est certain que bon nombre de marques d’alimentations n’y connaissent pas grand chose dans ce domaine vu les comp\u00e9tences requises. Elles ne font vraisemblablement que demander \u00e0 un fabricant chinois telle ou telle caract\u00e9ristique pour tel prix d’achat sans trop se soucier du reste, \u00e0 part coller une \u00e9tiquette \u00e0 leur nom.<\/p>
Pour les sch\u00e9mas suivants, on ne tiendra pas compte des conventions g\u00e9n\u00e9rateur-r\u00e9cepteur afin de ne pas embrouiller la compr\u00e9hension des parcours, ce n’est pas dramatique… <\/p>\n\n\n\n
Elle utilise 2 transistors T1 et T2 (technologie bipolaire ou MOSFET) qui fonctionnent en alternance (une fois l’un, une fois l’autre). Ceux-ci connectent respectivement les condensateurs r\u00e9servoirs C1 et C2 en alternance sur l’enroulement primaire du transformateur. Ces 2 condensateurs sont les 2 grosses capacit\u00e9s (200 V et 600-1000 \u00b5F) que l’on trouve pr\u00e8s du premier radiateur et de l’\u00e9tage de d\u00e9coupage. Plus l’alimentation est puissante, plus ils doivent \u00eatre gros afin d’emmagasiner et d\u00e9livrer une \u00e9nergie suffisante pour un certain nombre de cycles de d\u00e9coupage. Ils sont sans cesse en train de se remplir et de se vider en partie.<\/p>
Le fonctionnement g\u00e9n\u00e9ral s’op\u00e8re en 4 phases, dont 2 sont identiques quand les 2 transistors sont bloqu\u00e9s en m\u00eame temps. On commence par donner les \u00e9volutions temporelles des courants afin d’avoir les notations associ\u00e9es pour la suite de la description :<\/p>
Vu la sym\u00e9trie du montage et l’alternance du d\u00e9coupage, la tension qui sortira du secondaire sera alternative et en forme de cr\u00e9neau. On travaille seulement avec une tension au primaire qui vaut Vin\/2 (de l’ordre de 160-180 V) puisque les 2 condensateurs sont mont\u00e9s en s\u00e9rie, le tout en parall\u00e8le sur l’entr\u00e9e Vin. Il est normalement plus efficace d’attaquer le primaire avec Vin au lieu de Vin\/2, on peut ainsi faire transiter plus de puissance avec moins de courant, donc moins de pertes (ce que fera la topologie suivante).<\/p>
La fr\u00e9quence de d\u00e9coupage d’un transistor a \u00e9t\u00e9 mesur\u00e9e sur une Tagan U01 \u00e0 32 kHz, donc comme on travaille sur 2 transistors d\u00e9cal\u00e9s, le transformateur travaille \u00e0 64 kHz (64000 impulsions par seconde). Le transfert d’\u00e9nergie sera direct, le transformateur fonctionne en transformateur et non pas en inductances coupl\u00e9es o\u00f9 l’on stocke l’\u00e9nergie sous forme magn\u00e9tique pour la restituer quand le primaire n’est plus aliment\u00e9. En direct, cela veut dire que lorsqu’une impulsion arrive au primaire, elle est directement g\u00e9n\u00e9r\u00e9e sur le secondaire pour alimenter la charge, sa tension \u00e9tant proportionnelle au rapport du nombre de spires Ns\/Np. <\/p>\n\n\n\n
Suivant le graphe temporel du dessus, l’\u00e9tape 2 est celle o\u00f9 T1 vient juste de se bloquer (T2 est aussi bloqu\u00e9), on laisse alors passer un petit temps mort Td avant de d\u00e9clencher T2 :<\/p>
C’est maintenant au tour de T2 de rentrer en action en devenant passant, c’est l’\u00e9tape 3 : <\/p>
Le cycle est presque termin\u00e9 et il reste l’\u00e9tape 4 \u00e0 accomplir. Une fois que T2 se bloque, on se retrouve en fait exactement comme \u00e0 l’\u00e9tape 2 avec un nouveau temps mort Td qu’il faut combler gr\u00e2ce \u00e0 L en attendant de retourner \u00e0 l’\u00e9tape 1 et ainsi de suite.<\/p>
Au final, il y a peu d’interruption dans le cycle des impulsions du fait de la r\u00e9partition entre les 2 transistors. On dit que c’est un convertisseur DC-DC sym\u00e9trique et l’on peut alors utiliser un transformateur plus petit car on double la fr\u00e9quence des impulsions sans trop forcer sur les transistors, contrairement \u00e0 la topologie suivante. De plus, comme on ne perd pas de temps \u00e0 devoir d\u00e9magn\u00e9tiser le transformateur, gr\u00e2ce aux 2 sens de parcours dans le primaire, on peut concevoir des alimentations de forte puissance avec seulement 2 transistors qui se partagent le travail.<\/p>
La seule vraie limitation \u00e0 respecter imp\u00e9rativement est de ne jamais avoir plus de 50 % de rapport cyclique (Ton\/T > 0.5) sur les transistors. Ca signifierait que T1 et T2 sont passants en m\u00eame temps (Td n’existe plus et serait m\u00eame n\u00e9gatif si cela avait un sens), ce qui n’est ni plus ni moins qu’un court-circuit direct sur la tension d’entr\u00e9e et c’est alors la mort instantan\u00e9e des transistors en g\u00e9n\u00e9ral. <\/p>\n\n\n\n
Pour imposer le sens de parcours lors de la lib\u00e9ration de cette \u00e9nergie r\u00e9siduelle, quand les transistors sont bloqu\u00e9s, on utilise les 2 diodes D3 et D4. On ne gaspille \u00e9videmment pas cette \u00e9nergie puisqu’on la renvoie dans le condensateur C (400 V et 200-500 \u00b5F) qui se trouve en parall\u00e8le de la tension d’entr\u00e9e Vin. On la r\u00e9utilisera pour les cycles suivants car c’est le condensateur qui sert de r\u00e9servoir \u00e9nerg\u00e9tique pour nourrir le transformateur.<\/p>
Le fonctionnement g\u00e9n\u00e9ral s’op\u00e8re en 2 phases principales cette fois. On commence par donner les \u00e9volutions temporelles des courants pour avoir les notations associ\u00e9es pour la description des \u00e9tapes juste apr\u00e8s :<\/p>
Le primaire est maintenant soumis \u00e0 une tension plus \u00e9lev\u00e9e, de l’ordre de 350-380 V, puisque le condensateur r\u00e9servoir est directement rattach\u00e9 \u00e0 Vin. Ici aussi, l’\u00e9nergie est transf\u00e9r\u00e9e directement lors de l’impulsion, le transformateur fonctionne en transformateur, et non pas en inductances coupl\u00e9es comme une topologie flyback par exemple, d’o\u00f9 le terme “conduction directe”. L’utilisation du transformateur est n\u00e9anmoins moins bonne qu’avec un demi-pont car on l’utilise toujours dans le m\u00eame sens (dans le m\u00eame quadrant magn\u00e9tique). La tension qui sortira du secondaire sera aussi sous forme de cr\u00e9neaux. <\/p>\n\n\n\n
On arrive juste \u00e0 l’instant o\u00f9 T1 et T2 se bloquent, c’est l’\u00e9tape 2. Dans cette \u00e9tape, il y a en fait 2 sous-\u00e9tapes qui se font simultan\u00e9ment de chaque c\u00f4t\u00e9 du transformateur :<\/p>
Ce choix a une limitation contraignante au niveau du temps de conduction Ton des transistors. Ils ne peuvent pas rester passants plus de 50 % du temps sur une p\u00e9riode T (en fait un peu moins pour avoir une marge de s\u00e9curit\u00e9) car il faut laisser le temps au transformateur de lib\u00e9rer son \u00e9nergie r\u00e9siduelle sinon c’est la saturation assur\u00e9e. Il faut quasiment autant de temps pour le charger que pour le d\u00e9charger int\u00e9gralement. Cela limite la quantit\u00e9 d’\u00e9nergie que les transistors peuvent d\u00e9livrer en une impulsion car il y a beaucoup de temps mort par rapport au demi-pont. Tout cela limite la puissance que l’alimentation peut d\u00e9livrer.<\/p>
Pour \u00eatre efficace, Seasonic d\u00e9coupe \u00e0 haute fr\u00e9quence (100 kHz au lieu des 64 kHz obtenus classiquement avec le demi-pont). On envoie moins d’\u00e9nergie \u00e0 chaque impulsion, mais on en envoie beaucoup plus par unit\u00e9 de temps. Seasonic affirme que cette topologie est un peu plus efficace que celle en demi-pont, c’est vrai en g\u00e9n\u00e9ral, mais il y a tellement de facteurs ext\u00e9rieurs qui interviennent qu’il est d\u00e9licat de dire laquelle est r\u00e9ellement mieux suivant les conditions. La nature des composants utilis\u00e9s, la fr\u00e9quence de d\u00e9coupage, le temps d’utilisation des transistors, le choix du transformateur figurent parmi les variables \u00e0 prendre en compte pour tenir de tels propos. Le gain en rendement sur le convertisseur DC-DC seul n’exc\u00e8de pas quelques % de toute fa\u00e7on, mais c’est toujours \u00e7a de gagn\u00e9. <\/p>\n\n\n\n
De mani\u00e8re sch\u00e9matique, on repr\u00e9sente finalement le cheminement de la puissance \u00e0 travers l’alimentation avec les diff\u00e9rentes s\u00e9curit\u00e9s associ\u00e9es pour pr\u00e9venir de tout incident potentiel :<\/p>
A noter que toutes les alimentations ne disposent pas de toutes ces s\u00e9curit\u00e9s. Le bas de gamme en propose \u00e9videmment le minimum car il faut tout une circuiterie sp\u00e9cifique pour les g\u00e9rer. Il y en a plusieurs avec les sous-tensions, les surtensions, les surintensit\u00e9s, les surchauffes, les courts-circuits, la marche \u00e0 vide, etc. Plus on en a, mieux c’est, mais plus \u00e7a co\u00fbte cher…<\/p>
Modifications \u00e0 \u00e9viter<\/strong><\/p> Le dernier point qu’on puisse aborder par rapport aux topologies concerne les personnes qui modifient la position des transistors et des diodes pour les d\u00e9porter sur un waterblock ou un radiateur externe \u00e0 l’aide de longs fils. Ce n’est pas une bonne id\u00e9e pour plusieurs raisons.<\/p> La premi\u00e8re, c’est qu’en ajoutant des fils et des soudures, on modifie la r\u00e9sistance et la capacitance des liaisons, ce qui modifie le comportement \u00e9lectrique lors des commutations notamment. Il peut y avoir des surprises \u00e0 court terme car \u00e7a peut induire des retards, des surtensions \u00e0 cause de l’auto-induction et des ph\u00e9nom\u00e8nes de r\u00e9sonance. Les transistors risquent de vieillir plus vite et de l\u00e2cher tout simplement (ce que certains ont d\u00e9j\u00e0 eu en faisant ce genre de manipulations). Les marges de s\u00e9curit\u00e9 sur le choix des composants sont parfois assez limites sur certaines alimentations et les d\u00e9porter ne fait qu’aggraver la situation. De plus, les courants qui passent dans les diodes sont \u00e9lev\u00e9s, ce qui va aussi provoquer des pertes dans les fils et ceux-ci risquent de chauffer plus que de raison si le diam\u00e8tre n’est pas suffisamment grand. La r\u00e9gulation peut \u00eatre g\u00ean\u00e9e par l’agrandissement du circuit et la stabilit\u00e9 des tensions peut en subir les cons\u00e9quences.<\/p> Les aspects rayonnement et compatibilit\u00e9 \u00e9lectromagn\u00e9tique sont aussi \u00e0 prendre en compte. Tous ces fils vont agir comme des antennes et augmenter le niveau des parasites radiofr\u00e9quences \u00e0 cause du d\u00e9coupage. Un PCB bien pens\u00e9 tente de limiter au maximum ce genre de choses en adoptant certaines g\u00e9om\u00e9tries particuli\u00e8res et en raccourcissant au maximum les liaisons. Le fait de mettre des fils r\u00e9duit \u00e0 n\u00e9ant tout ce qui a \u00e9t\u00e9 pens\u00e9 pour limiter ces ph\u00e9nom\u00e8nes. Des interf\u00e9rences sur les contr\u00f4leurs sont toujours possibles au sein m\u00eame de l’alimentation car certains poss\u00e8dent des blindages quand le fabricant a le souci du d\u00e9tail.<\/p> Le pire vient surement des personnes qui sortent carr\u00e9ment les \u00e9l\u00e9ments \u00e0 l’ext\u00e9rieur car le blindage du ch\u00e2ssis ne sert alors plus \u00e0 rien et le danger d’avoir des tensions \u00e9lev\u00e9es pouvant entra\u00eener la mort, et accessibles \u00e0 n’importe qui, est bien r\u00e9el ! Votre voisin peut tr\u00e8s bien \u00eatre p\u00e9nalis\u00e9 sur la r\u00e9ception de sa TV ou de sa radio, auquel cas il peut porter plainte s’il veut car ce genre de choses est r\u00e9glement\u00e9. Vous \u00eates juridiquement responsable de votre bidouillage car vous n’avez pas le droit de perturber l’environnement de cette sorte sachant que le spectre fr\u00e9quentiel couvert est large. <\/p>\n\n\n\n Le rendement \u00e9lectrique d’une alimentation est d\u00e9fini par le rapport entre la puissance entrante (c\u00f4t\u00e9 alternatif) et la puissance fournie \u00e0 la machine (c\u00f4t\u00e9 continu). Un rendement de 100 % signifierait que tout ce qu’on tire de la prise de courant est int\u00e9gralement converti en puissance utile pour la machine. Malheureusement rien n’est parfait, les composants ne sont pas id\u00e9aux et ils ont tendance \u00e0 chauffer sous le passage d’un courant car leur r\u00e9sistance \u00e9lectrique n’est jamais nulle. Tout engendre des pertes \u00e9lectriques ou magn\u00e9tiques \u00e0 des niveaux plus ou moins \u00e9lev\u00e9s. Parmi les plus cons\u00e9quentes, il y a les pertes des transistors (d\u00e9coupage et PFC), des diodes Schottky, du transformateur, etc.<\/p> Une partie de ce qui est absorb\u00e9 sur le r\u00e9seau est donc d\u00e9grad\u00e9 directement en chaleur au sein de l’alimentation. Il faut \u00e9viter les alimentations \u00e0 faible rendement pour 2 raisons principales. D’une part, il faudra bien \u00e9vacuer cette chaleur inutile ce qui impose une bonne ventilation et donc potentiellement du bruit, et d’autre part, vous payez bien \u00e9videmment cette puissance perdue. Voici un exemple typique entre 2 alimentations de rendement diff\u00e9rent :<\/p> On peut difficilement faire des pr\u00e9visions car tout d\u00e9pend de l’utilisation du PC, s’il est allum\u00e9 24\/24 ou seulement quelques heures par jour… Dans le premier cas, il vaut mieux opter pour une alimentation \u00e0 haut rendement alors qu’on pourra se contenter d’une alimentation “normale” dans le deuxi\u00e8me si on a un budget limit\u00e9. N\u00e9anmoins, si tout le monde utilisait des alimentations \u00e0 haut rendement, les \u00e9conomies d’\u00e9nergie \u00e0 l’\u00e9chelle globale serait tr\u00e8s \u00e9lev\u00e9es !<\/p> Dans une alimentation bien con\u00e7ue, les pertes sont r\u00e9parties \u00e0 peu pr\u00e8s \u00e0 50\/50 entre la partie avant le transformateur avec les transistors de d\u00e9coupage et la partie basse tension apr\u00e8s le transformateur avec les diodes Schottky. Ces pertes \u00e9voluent suivant la puissance demand\u00e9e en sortie. Les pertes par conduction des transistors sont directement d\u00e9pendantes de la charge (plus de courant = plus de pertes), alors que leurs pertes de commutation sont ind\u00e9pendantes car elles existent toujours que l’on demande ou non de la puissance. De m\u00eame pour les \u00e9tages de sortie, les pertes sont tr\u00e8s d\u00e9pendantes de la charge.<\/p> Pourquoi le rendement baisse-t-il alors \u00e0 faible charge ? Bien que les pertes diminuent fortement quand on r\u00e9duit la charge, certaines ne varient pas beaucoup et repr\u00e9sentent alors une bonne partie de la puissance totale. Par exemple, les pertes par commutation restent identiques qu’on soit \u00e0 faible charge ou \u00e0 pleine charge car la fr\u00e9quence de d\u00e9coupage ne varie pas. Donc forc\u00e9ment si on diminue la charge, le pourcentage d’efficacit\u00e9 diminue car elles prennent plus d’importance malgr\u00e9 le fait qu’elles n’aient pas chang\u00e9es et que le reste a diminu\u00e9. N\u00e9anmoins, il est aussi vrai que certains \u00e9l\u00e9ments sont effectivement moins efficaces quand ils tournent au “ralenti”. Vu la charge variable qu’impose un PC, il est impossible de tout optimiser sur une si large plage de puissance sans sortir la grosse artillerie, il y a des compromis \u00e0 faire.<\/p> La norme ATX 2.2 exige que le rendement minimum soit d’au moins 72 % pour une charge typique et de 70 % pour une pleine charge. Les recommandations demandent plut\u00f4t un rendement de 80 % pour une charge typique et de 75 % pour une pleine charge. Certains militent d’ailleurs pour que ce rendement soit encore plus \u00e9lev\u00e9 (>80 %) comme l’\u00e9quipe de 80Plus.org (Ecos consulting) car on en est tout \u00e0 fait capables. N\u00e9anmoins, \u00e7a demande plus de travail de recherche pour utiliser des designs \u00e9lectroniques un peu diff\u00e9rents des montages actuels et de meilleurs composants (plus chers).<\/p> Il faut bien voir que m\u00eame si un fabricant annonce un rendement de 85 %, celui-ci ne sera atteint qu’en demandant d\u00e9j\u00e0 une bonne puissance (cas de pleine charge). Pour une machine classique en Idle qui demande environ 70-100 W g\u00e9n\u00e9ralement, le rendement sera moindre (70-75 %). Il faut une certaine charge pour que l’alimentation atteigne son efficacit\u00e9 maximale. <\/p>\n\n\n\n Un autre moyen est d’adapter les topologies existantes en rempla\u00e7ant certains composants passifs par un syst\u00e8me actif qui imitera leur comportement sans en avoir les inconv\u00e9nients. Certaines topologies r\u00e9sonantes ciblent et s’attaquent \u00e0 un probl\u00e8me bien particulier et sont de ce fait tr\u00e8s efficaces. Malheureusement, si l’on veut optimiser chaque source de pertes, la complexit\u00e9 de l’alimentation croit exponentiellement :<\/p> Pour donner un exemple chiffr\u00e9, on suppose un courant d\u00e9livr\u00e9 de 20 A sur le 12 V. Les pertes occasionn\u00e9es par des diodes Schottky traditionnelles se chiffrent \u00e0 ~17 W. Si on am\u00e9liore leur tension de seuil de 0.2 V en prenant la meilleure qualit\u00e9 possible, les pertes passent \u00e0 ~13 W, le gain est faible pour un prix plus \u00e9lev\u00e9. Et si on utilise la rectification synchrone avec 2 MOSFETs de r\u00e9sistance s\u00e9rie \u00e9gale \u00e0 10 mOhms, les pertes chutent \u00e0 ~4 W !<\/p> On peut utiliser des MOSFET quasiment partout pour optimiser un tas de choses diff\u00e9rentes. La seule limite est la complexit\u00e9 et le co\u00fbt de l’ensemble. Certaines approches les utilisent m\u00eame dans la r\u00e9gulation du 3.3 V avec un deuxi\u00e8me syst\u00e8me \u00e0 d\u00e9coupage pour le r\u00e9guler \u00e0 partir du 5 V. Nos alimentations font la m\u00eame chose, mais avec un simple amplificateur magn\u00e9tique (mag-amp) qui servira d’interrupteur magn\u00e9tique \u00e0 retard.<\/p> Pour am\u00e9liorer le rendement \u00e0 faible charge, l’une des pistes pour l’optimiser est de diminuer la fr\u00e9quence de d\u00e9coupage \u00e0 la vol\u00e9e pour r\u00e9duire les pertes de commutation. Au lieu d’avoir des impulsions tr\u00e8s br\u00e8ves \u00e0 une fr\u00e9quence donn\u00e9e, suivies d’un long temps d’inactivit\u00e9, on fait l’inverse en gardant une largeur d’impulsion constante \u00e0 une fr\u00e9quence plus faible. Certains contr\u00f4leurs sp\u00e9ciaux permettent ce genre de manipulation, mais \u00e7a ne nous concerne pas encore. En combinant les 2 modes suivant un seuil pr\u00e9d\u00e9fini, l’alimentation devient alors “intelligente” et son rendement s’am\u00e9liore \u00e0 faible puissance. On pourrait comparer \u00e7a \u00e0 la technologie Speedstep de certains processeurs qui ralentissent quand on ne fait rien pour \u00e9conomiser l’\u00e9nergie, ici \u00e7a serait pour limiter les pertes et consommer moins aussi.<\/p> Les am\u00e9liorations sont innombrables, mais encore faut-il vouloir les faire. Cela ne semble pas \u00eatre le cas, faute de comp\u00e9tences peut \u00eatre (hormis chez les entreprises sp\u00e9cialis\u00e9es)… <\/p>\n\n\n\n Si l’on raisonne \u00e0 l’envers, il faudrait forcer les fabricants \u00e0 am\u00e9liorer drastiquement les techniques de fabrication des puces pour consommer beaucoup moins car c’est un peu la course \u00e0 la puissance sans trop s’emb\u00eater du reste (jusqu’\u00e0 ce que les probl\u00e8mes apparaissent). Ca n\u00e9cessiterait des alimentations moins puissantes, donc moins de pertes par voie de cons\u00e9quence, moins de co\u00fbt de fonctionnement, etc. et tout le monde serait content.<\/p> On peut aussi envisager un changement radical dans la fa\u00e7on de proc\u00e9der. Si les grands fabricants faisaient plus d’efforts et se mettaient d’accord (Intel notamment qui est \u00e0 l’origine de beaucoup de normes), on pourrait n’utiliser que des alimentations sortant du 12 V ou plus. Ca serait nettement plus compact, performant, efficace, facile \u00e0 g\u00e9rer et aussi moins cher \u00e0 produire ! Cela n\u00e9cessiterait de repenser quelques petites choses sur le 3.3 V et le 5 V (de moins en moins utilis\u00e9s) en incluant des petits \u00e9tages de conversion directement sur les cartes qui utilisent encore ces tensions. C’est ce que font les cartes graphiques ou la carte m\u00e8re en convertissant le 12 V en tension plus faible pour alimenter un GPU, un CPU, un chipset, de la RAM, etc. Vu le peu de puissance que des cartes PCI ou autres p\u00e9riph\u00e9riques demandent, \u00e7a ne poserait pas vraiment de souci sauf celui de la compatibilit\u00e9 car c’est une remise en cause assez globale. Le 12 V repr\u00e9sente 70 \u00e0 90 % de la demande totale d’une machine r\u00e9cente en charge…<\/p> Il faut bien voir que l’impl\u00e9mentation des alimentations est assez vieillissante. Depuis les alimentations AT, rien n’a vraiment \u00e9t\u00e9 fait pour changer et simplifier massivement les choses. On se contente juste de gonfler toutes les puissances aussi efficacement que possible. La norme \u00e9volue quand m\u00eame et l’on assiste \u00e0 l’\u00e9limination progressive de tensions d\u00e9sormais obsol\u00e8tes telle que le -5 V (m\u00eame si certains fabricants de carte m\u00e8re, pas tr\u00e8s fut\u00e9s, l’emploient encore pour emb\u00eater le monde !). Le -12 V devrait suivre le chemin car on peut s’en passer.<\/p> A suivre… <\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Premi\u00e8re partie d'un article visant \u00e0 expliquer en d\u00e9tail le fonctionnement d'une alimentation.<\/p>","protected":false},"author":82,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"ep_exclude_from_search":false,"footnotes":""},"categories":[4076,597,4068],"tags":[],"hubs":[],"acf":{"post_show_excerpt":false,"display_mode":"medium-img","post_show_in_home":false,"post_show_summary":true,"post_source":"","hide_sidebar":false,"hide_advertising":false},"yoast_head":"\nRendement \u00e9lectrique<\/h2>\n\n\n\nD\u00e9finition<\/strong>
On comprend ais\u00e9ment que plus la conversion AC\/DC sera efficace, moins on pourra ventiler pour la maintenir au frais afin de travailler dans le silence. Vous serez probablement attir\u00e9 par les alimentations pas trop ch\u00e8res ayant un rendement inf\u00e9rieur (qualit\u00e9 des composants et complexit\u00e9 de l’alimentation), mais sur le moyen terme vous serez peut \u00eatre perdants. Vous aurez probablement consomm\u00e9 plus et donc pay\u00e9 plus par rapport \u00e0 une alimentation plus efficace qui aurait co\u00fbt\u00e9 un peu plus cher \u00e0 l’achat, mais dont l’amortissement financier aurait \u00e9t\u00e9 meilleur sur une p\u00e9riode de 1 an par exemple.Rendement \u00e9lectrique : am\u00e9liorations possibles<\/h2>\n\n\n\nOn peut \u00e9videmment choisir des composants ayant de meilleures caract\u00e9ristiques telle qu’une plus faible r\u00e9sistance s\u00e9rie pour les transistors (en v\u00e9rifiant que la capacitance n’augmente pas trop), des diodes avec de tr\u00e8s faibles tensions de seuil, des condensateurs sp\u00e9ciaux \u00e0 tr\u00e8s basse r\u00e9sistance \u00e9quivalente, mais leur co\u00fbt est \u00e9videmment proportionnel \u00e0 leur qualit\u00e9. La g\u00e9om\u00e9trie des transformateurs et des inducteurs peut aussi \u00eatre optimis\u00e9e pour limiter les pertes magn\u00e9tiques diverses, mais c’est un domaine complexe et les prix s’envolent vite.
Ci-dessous, on peut repr\u00e9senter les diff\u00e9rences d’efficacit\u00e9 entre les topologies classiques (soit \u00e0 transistors bipolaires ou MOSFET plus r\u00e9cents) et les nouvelles topologies r\u00e9sonantes qui permettent d’aller plus loin dans la fr\u00e9quence de d\u00e9coupage afin de r\u00e9duire l’encombrement. En plus, en augmentant cette vitesse de d\u00e9coupage, on augmente l’aspect dynamique de l’alimentation \u00e0 des sollicitations rapides sur les lignes, ce qui est b\u00e9n\u00e9fique pour la stabilit\u00e9 :
A ce niveau, on peut citer l’une des autres avanc\u00e9es qui existent d\u00e9j\u00e0 dans certaines alimentations industrielles avec une technique appel\u00e9e “redressement synchrone”. Le but de cette manipulation est de remplacer toutes les diodes Schottky juste apr\u00e8s le transformateur. Elles sont l’une des sources majeures de pertes \u00e0 cause de la chute de tension (~0.5 V) qu’elles occasionnent lors du passage d’un courant. On les remplace alors par 2 transistors pilot\u00e9s de mani\u00e8re \u00e0 reproduire leur comportement (passante ou bloqu\u00e9e), mais en \u00e9liminant une grosse partie des pertes :
Au final, c’est bien plus efficace car les pertes dues aux transistors sont beaucoup plus faibles gr\u00e2ce \u00e0 leur r\u00e9sistance de passage tr\u00e8s faible (quelques milliohms). Le probl\u00e8me c’est qu’il faut une circuiterie suppl\u00e9mentaire pour les g\u00e9rer, en sachant qu’il y en a 6 \u00e0 caser dans l’alimentation avec 2 par tension (12, 5 et 3.3 V). Il ne faut pas oublier les pertes par commutation, mais avec un excellent circuit de pilotage, on peut s’arranger pour anticiper l’arriv\u00e9e des impulsions et fermer le MOSFET juste avant qu’elle ne le traverse pour \u00e9viter d’avoir tension et courant \u00e0 ses bornes en m\u00eame temps, et donc limiter ses pertes. Ca devient du haut niveau et la complexit\u00e9 s’en ressent. Ce dispositif est plus co\u00fbteux et nettement plus complexe \u00e0 synchroniser, mais parions que d\u00e8s qu’un fabricant d’alimentations ATX l’utilisera, les autres devraient rapidement s’y mettre. Le gain en rendement peut se situer entre 3 et 7 % suivant la puissance d\u00e9sir\u00e9e, c’est consid\u00e9rable.Rendement \u00e9lectrique : remise en cause et \u00e9volution<\/h2>\n\n\n\nChaque pourcent de rendement gagn\u00e9 au dessus de 85-90 % se paye de toute fa\u00e7on au prix fort et plus on veut le faire grimper, plus le co\u00fbt explose. Le plus haut rendement pour une alimentation qu’on pourra esp\u00e9rer atteindre sera de l’ordre de 95 % car il subsistera toujours des pertes incompressibles. A 95 %, on pourra largement se passer de ventilation et avoir le silence sans avoir une chaudi\u00e8re en guise d’alimentation.