Alimentation à découpage

Une alimentation à découpage est une alimentation électrique dont la régulation est assurée par un composant électrotechnique utilisé en commutation (généralement un transistor). Ce mode de fonctionnement s'oppose à celui des alimentations linéaires dans lesquelles le composant électrotechnique est utilisé en mode linéaire. Une alimentation à découpage de type forward est une alimentation qui transmet instantanément la puissance, tandis que le flyback canalise cette energie dans une self (bobine) et libère cette energie ensuite.

Les alimentations à découpage se sont fortement développées depuis les années 1980 pour pallier les inconvénients des alimentations linéaires : poids élevé et faible rendement. Elles sont utilisées désormais dans l'ensemble des appareils électroniques «grand public».

Classification

Les alimentations à découpage peuvent être classifiées suivant plusieurs critères : topologie du circuit, isolation, composants utilisés, etc. ^[1]

Type	Puissance (Watt)	Rendement typique	Coût moyen	Tension d'entrée (Volts)	Isola- tion	Stockage d'énergie	Niveau de sortie	Caractéristiques
Buck	0–1000	75%	1.0	5–1000*	N	Simple inductance	Vout < Vin
Boost	0–150	78%	1.0	5–600*	N	Simple inductance	Vout > Vin
Buck-boost	0–150	78%	1.0	5–600*	N	Simple inductance	Up ou down	Tension de sortie inversée
Flyback	0–150	78%	1.0	5–600	O	Transformateur	Up ou down	Sorties multiples
Half-Forward	0–250	75%	1.2	5-500	O	Transformateur + inductance
Forward		78%			O	Transformateur + inductance		Sorties multiples
100–1000	72%	1.75	50–1000	O
0–500	72%	1.9	50–1000	O
400–2000	69%	>2.0	50–1000	O
Resonant, zero voltage switched	>1000		>2.0
Ćuk					N	Condensateur + 2 inductances	Up ou down	Tension négative pour une entrée positive
Inverting charge-pump (Ćuk modifié)					N	Simple inductance		Tension de sortie négative et d'une amplitude supérieure à la tension d'entrée
SEPIC					N	2 inductances	Up ou down
pompe de charge					N	Condensateurs seulement

Notes : * seulement pour les équipements non accessibles aux opérateurs, sinon les limites de 42.5V et 8.0A s'appliquent pour les normes de sécurité électrique UL, CSA, VDE, ou CEI 60950.

Fonctionnement détaillé

Convertisseur Flyback

Le composant de commutation permet de générer une tension alternative rectangulaire de fréquence assez élevée (généralement plus de 20 kHz) à partir de la tension du secteur préalablement redressée. Après passage dans un transformateur qui assure l'isolation galvanique, cette tension est redressée et filtrée en une tension continue. Le système de commande du composant de commutation adapte en permanence le rapport cyclique du signal rectangulaire de manière à ce que la tension de consigne soit apportée en sortie.

Comparaison comparé aux alimentations linéaires

Les alimentations à découpage offrent de nombreux avantages sur les alimentations linéaires :

• la puissance dissipée dans le composant électrotechnique utilisé en commutation est moindre que quand il est utilisé en mode linéaire. En conséquence, le rendement de l'alimentation est meilleur, et le radiateur de dissipation est de dimensions plus modestes ;
• le transformateur fonctionne à une fréquence énormément plus élevée que celle du secteur (plus de 20 kHz contre 50 ou 60 Hz), ce qui sert à diminuer énormément sa taille (voir la relation de Boucherot).

Les alimentations à découpage sont par conséquent énormément plus petites et plus légères, que les alimentations linéaires. Qui plus est , elles possèdent un meilleur rendement.

Cependant, elles génèrent un bruit assez important, dû au signal rectangulaire (riche en harmoniques) à la fréquence de découpage. Cette limitation les rend impropres à certaines applications.

Notes

Bibliographie

• Michel Girard, Alimentations à découpage : Cours et exercices corrigés, Dunod, 2003, 336 p. (ISBN 2100069403 et ISBN 978-2100069408)  
• Jean-Paul Ferrieux, François Forest , Alimentations à découpage : Convertisseurs à résonance, principes, composants, modélisation, Dunod, 2006, 316 p. (ISBN 2100505394 et ISBN 978-2100505395)  

Liens externes

• Alimentations à découpage
• Cours sur les alimentations par Hannequin B.
• Fonctionnement d'une alimentation de PC par David D.

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