L'alimentation à découpage

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Les ALIMENTATIONS à DÉCOUPAGE

GÉNÉRALITÉS

Les ALIMENTATIONS à DÉCOUPAGE

Principe général

Principe d’une alimentation à découpage avec deux transistors

Retour sur la tension maximale et la tension efficace

Avantages, inconvénients des alimentations à découpage

Raisons du choix d’une alimentation à découpage

Composition d'une alimentation à découpage

Aspect général d’une alimentation à découpage

Les ALIMENTATIONS LINÉAIRES

GÉNÉRALITÉS

L’alimentation électrique des appareils quels qu’ils soient nécessitent des tensions et des courants de valeurs et de formes différentes.

Les appareils doivent pouvoir bénéficier d’une alimentation de base pour les alimenter et ensuite modifier cette alimentation pour permettre le fonctionnement de l’appareil. Ces modifications sont réalisées à l’intérieur de l’appareil.

Ces conversions de tension et de leurs formes sont réalisées par des circuits réalisant une conversion statique de l’énergie électrique.

Cette conversion de tension et de sa forme appartient à la famille de l’électronique de puissance.

Une télévision ne fait pas exception et doit à l’origine être alimentée par une source de tension.
Cette source de tension se fait par l’intermédiaire du secteur qui délivre une tension de 230 volts alternative à une fréquence de 50 hertz.

Les alimentations sont de type :
• Linéaire,
• A découpage.

Les ALIMENTATIONS à DÉCOUPAGE

Principe général

Les alimentations à découpage sont du type DC / DC. (Continu vers Continu)

A partir d’une tension continue on obtient en sortie une tension continue d’amplitude différente.

Ces alimentations sont utilisées dans des applications de petites, moyennes et grandes puissances.

L’alimentation principale qui équipe les téléviseurs est toujours une alimentation à découpage, elles ont supplanté les alimentations linéaires.

Le principe en est simple mais la mise en œuvre est plus délicate que dans les anciennes alimentations.

Principe d’une alimentation à découpage avec transistor « bipolaire »

Principe d’une alimentation à découpage avec transistor « Mosfet »

Principe d’une alimentation à découpage avec deux transistors

On trouve également des alimentations à découpage équipées de deux transistors, bipolaire ou mosfet.

L’utilisation de deux transistors permet d’inverser régulièrement la tension au primaire du transformateur. Cette solution permet d’améliorer les performances du circuit magnétique.

La commande des deux transistors est sous le contrôle d’un oscillateur qui délivre un signal de commande sur l’un des deux transistors et un signal de commande inversé de 180° sur l’autre.
Un transistor est passant quand l’autre est bloqué et inversement.

Dans ces conditions, le rapport cyclique du signal de commande de chaque transistor n’excède pas 50%.

Les autres principes des alimentations à découpage sont identiques.

Commande avec deux transistors « Mosfet »

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Retour sur la tension maximale et la tension efficace

A ce niveau il est intéressant de s’arrêter quelques instants afin de comprendre pourquoi une tension secteur alternative de 230 volts se retrouve en une tension continue de 325 volts aux bornes du condensateur principal du primaire de l’alimentation.

Le secteur nous délivre une tension alternative.

Cette tension alternative possède une valeur maximale que l’on nommera, Umax, et une valeur maximale négative que l’on nommera, -Umax.

Tension sinusoïdale maximale

Si cette tension alternative est pure elle possède une valeur moyenne nulle.

Lorsque l’on mesure la tension secteur avec un voltmètre, celui-ci nous indique 230 volts :
• Cette tension est appelée tension efficace : Ueff,
• Cette tension efficace vrai est appelé : TRMS (True Root Mean Square).

Mais la tension efficace ne correspond pas à la tension maximale.

Qu’elle est l’intérêt d’utiliser et de mesurer une tension efficace :
• La tension efficace permet de comparer une tension sinusoïdale par rapport à une tension continue.

Définition de la tension efficace

La tension efficace est la valeur qui produit le même effet qu’une tension continue de valeur identique sur un récepteur.

Appliqué à une résistance, une tension efficace de 230 volts produit le même dégagement de chaleur qu’une tension continue de 230 volts.

Tension efficace

Mais pour obtenir une valeur efficace de 230 volts et compte tenu que la tension est sinusoïdale, c’est-à-dire qu’elle oscille entre 0 volt et Umax, cette tension efficace ne peut être obtenu que si la tension sinusoïdale atteint une tension plus élevée sachant que lorsque la tension est inférieure à 230 volts elle ne peut fournir la même puissance.

Tension maximale

Pour obtenir la tension maximale d’une tension sinusoïdale efficace, il faut multiplier la tension par √2.

Application pratique :
Ueff √2 : 230 * √2 ≈ 325 volts

Tension aux bornes du condensateur principal

La tension présente aux bornes du condensateur principal est une tension redressée, les deux alternances de la tension sinusoïdale de la tension secteur se trouvent du côté positif.

La valeur maximale de la tension sinusoïdale est de 325 volts.

Le condensateur se charge à la valeur de la vraie tension maximale de la tension sinusoïdale, 325 volts, pour lui il n’y a pas de tension efficace.

Le condensateur se charge à la tension maximale

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Avantages, inconvénients des alimentations à découpage

Avantages

• Rendement élevé (70 à 95%),
• Encombrement réduit, notamment à cause du plus faible volume du transformateur en raison de la fréquence de fonctionnement élevée (> 20 Khz). Les ponctions effectuées sur le transformateur principal sont très faibles mais très fréquentes. C’est cela qui permet de réduire la taille du transformateur,
• Adaptation en temps réel de la puissance fournie par l’alimentation en fonction de la puissance consommée par l’appareil,
• Les alimentations à découpage peuvent :
o Abaisser la tension d’entrée,
o Augmenter la tension d’entrée,
o Inverser la tension d’entrée.

Inconvénients

• Alimentation plus complexe à mettre en œuvre que les alimentations linéaires,
• Circuit de commande du transistor de découpage complexe,
• Génération de parasites dus à la fréquence de découpage, nécessitant l’utilisation de filtres pour combattre ces parasites,
• Les variations rapides de la tension et du courant engendrent des interférences et des rayonnements électromagnétiques qui peuvent remonter le réseau électrique. Il faut au maximum éviter cela.

Raisons du choix d’une alimentation à découpage

Les alimentations à découpage, bien que plus complexe à mettre en œuvre, ont supplanté les alimentations linéaires en raison de leur faible encombrement, utile pour la réalisation de téléviseur toujours plus fin ainsi que leurs rendements élevés.

Ces caractéristiques n’empêchent pas la production d’alimentations puissantes nécessaires aux fonctionnements des appareils modernes.

Elles possèdent également ce que l’on appelle un circuit de feedback. Ce circuit mesure en permanence la consommation de l’appareil qui varie en fonction, de la luminosité de l’image du volume sonore…, et permet d’informer en temps réel l’alimentation principale, qui va ajuster la production d’énergie en fonction des besoins de l’appareil.

Leurs rendements élevés concourent également au choix de cette alimentation.

Composition d’une alimentation à découpage

Une alimentation à découpage est constituée de blocs dans lesquels chacun jouent un rôle précis.

Ces blocs assurent :
• La protection de l’appareil,
• Le Filtrage des parasites hautes fréquences,
• Le redressement de la tension secteur,
• Le lissage de cette tension,
• Le découpage de la tension par l’intermédiaire d’un transistor, grâce à un oscillateur pour permettre le fonctionnement du transformateur,
• La production de tensions secondaires,
• L’alimentation des étages par ces tensions secondaires,
• Le lissage des tensions secondaires,
• L’obtention de tensions continue aux secondaires,
• La surveillance de la consommation de l’appareil par un circuit de feedback qui agit sur le rapport cyclique du signal de découpage appliqué au transistor.

Blocs dans une alimentation

Cette manipulation de la tension secteur permet d’obtenir une tension continue à faible ondulation aux bornes du transformateur.

La tension continue obtenue est hachée par un transistor qui agit comme un interrupteur et qui fonctionne à très haute vitesse.

La tension continue se transforme en impulsions. Cet interrupteur est un transistor, très souvent de type « MOSFET », qui est commandé par un oscillateur.
Cette tension hachée permet de faire fonctionner le transformateur qui peut ainsi transférer au secondaire la puissance créée au primaire.

Aspect général d’une alimentation à découpage

Pour pouvoir dépanner efficacement une alimentation à découpage, il est nécessaire de bien maitriser son architecture ainsi que son fonctionnement.

Le dépanneur doit connaître également les tensions et les formes d’ondes qu’il peut trouver dans l’alimentation.

A partir de là, le dépanneur peut faire face efficacement aux diverses conceptions des alimentations à découpage qu’il rencontrera inévitablement au vu du nombre toujours plus important d’appareils.

Le principe des alimentations à découpage est basé sur le découpage à haute fréquence d’une tension continue appliquée à l’entrée du transformateur primaire.

Cette façon de faire rappelons le, permet de réagir très rapidement à la consommation de l’appareil grâce à la manipulation de petites quantités d’énergie.

Ce découpage à haute fréquence a néanmoins l’inconvénient de générer des parasites, des variations de tension et de courant qui génèrent des interférences électromagnétiques qui peuvent se propager vers le réseau électrique. Cette alimentation conduit également à une ondulation en sortie plus importante.

Ces inconvénients nécessitent d’utiliser des filtres, plus ou moins nombreux, qui viennent complexifier les alimentations à découpage, afin de protéger le réseau électrique de ces interférences mais également de protéger l’appareil des interférences circulant sur le réseau électrique.

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