Alimentation à découpage : principe

Alimentation à découpage : principe

Une alimentation à découpage repose toujours sur la commutation haute fréquence pour convertir une tension en une autre.

 

Alimentation linéaire

 

Pour faire varier la luminosité d'une ampoule, on peut insérer une résistance en série avec cette ampoule. Cette résistance va dissiper de la chaleur. Cette représente de l'énergie perdue et doit être dissipée par des radiateurs et un refroidissement approprié. C'est ainsi que fonctionnent les régulateurs linéaires. Pour les alimentations qui doivent être de taille réduite et légères (ce que chacun souhaite...), cette structure ne peut pas être utilisée

 

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Principe de l'alimentation linéaire

 

Le régulateur de puissance se comporte comme une résistance en série avec la charge.

 


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Bon vieux rhéostat qui chauffe

 

Inconvénients de l'alimentation linéaire

 

- rendement faible
- chaleur à dissiper, radiateurs encombrants
- transfo classique 50Hz lourd et encombrant
- condensateurs de filtrage de forte valeur
- coût élevé

 

Alimentation à découpage : principe du BUCK

 

Reprenons l'exemple de l'ampoule. Si on alterne les états "ampoule allumée" et "ampoule éteinte" très rapidement, on pourra graduer la luminosité moyenne en fonction des durées "allumée" et "éteinte".

 

 

alimentation a decoupage principe 2

Alimentation à découpage : basique

 

La tension de sortie est soit égale à l'alimentation +Vcc, soit égale à 0.

 

Quand vous étiez petit, on vous disait de ne pas éteindre et allumer tout le temps la lumière. C'est pourtant ce qu'une alimentation à découpage fait environ 100 000 fois par seconde !

 

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Etant donné qu'une alimentation doit donner une tension continue, un filtre doit être ajouté. Ce filtre utilise des éléments non dissipatifs : inductance et condensateur.

 

Filtre à inductance

 

L'inductance lisse le courant, ce qui lisse le courant dans la résistance et donc la tension à ses bornes.

 

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Alimentation à découpage : filtre L

 

Quand le commutateur est sur Vcc, le courant augmente dans l'inductance et l'énergie emmagasinée dans l'inductance augmente. Quand le commutateur est sur GND, l'inductance se comporte comme une source de courant et maintient ainsi le courant dans la résistance. Pendant cette période, le courant décroît. La constante de temps (=L/R) doit être supérieure à la période de découpage pour avoir un courant presque constant.

 

Filtre à inductance + condensateur

 

Ajouter un condensateur en parallèle avec la résistance (charge) permet de réduire l'ondulation de tension en sortie et constitue aussi une réserve d'énergie.

 

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Alimentation à découpage : filtre LC

 

Cette structure est le montage classique "buck" abaisseur de tension.

 

Commutateur de l'alimentation à découpage

 

Le commutateur ne peut pas être un interrupteur simple parce qu'il faut garantir le continuité du courant dans l'inductance. Un simple transistor ne convient donc pas. Il faut lui ajouter une diode qui joue le rôle de diode de roue libre. Cette diode offre en effet un passage pour le courant de l'inductance.

 

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Le transistor est commuté très rapidement (de l'ordre de 100kHz) à une fréquence bien supérieure à la fréquence de coupure du filtre LC.

 

Pour contrôler la tension de sortie, le pourcentage du temps où le transistor est conducteur (état "On") est commandé par la partie régulation. Ce pourcentage s'appelle le rapport cyclique, noté α (alpha).

 

Rapport cyclique = Durée "On" / Période

α = Ton / T

 

La commutation de la diode se fait toujours naturellement, par continuité du courant dans l'inductance. Seul le transistor doit être contrôlé.

 

On obtient :

Tension de sortie = Rapport cyclique x Tension d'entrée
Vs = α.Ve

 

Avantages de l'alimentation à découpage

 

- rendement élevé (100% théorique, 70 à 90% typiques
- dissipation de chaleur réduite
- composants de petite taille (transfo, condensateurs)
- coût réduit (moins de matière première)
- nombreux contrôleurs et régulateurs intégrés pour découpage
- plages d'alimentations étendues (85 à 264V, 110 à 400V par exemple)

Avis des internautes en moyenne 3.86 pour 22 votes
  Alimentation à découpage : principe, publié par nina67 le 12 Janvier 2011
Les 10 outils indispensables pour l'électronique
Nina67
10 COMMENTAIRES
tech066

bonne et parfaite explication merçi

eddib

Merci pour la clarté et pour la générosité.

boz

Tres bon éclairage

LC

Grand bravo, merci :)

Limousin

Merci

Kévin

Très clair et passionnant ! Chaque composant a son rôle : Le transistor pour hacher le signal, l'inductance pour lisser le courant, le condensateur pour lisser la tension et la diode pour maintenir le courant pendant la phase de blocage du transistor et éviter une surtension. En fait une alim à découpage, c'est un hacheur

saxoford

Très bien expliqué, merci pour le commentaire et les schémas très clairs

mfbafouss

Merci pour la clartee de l'explication.

alphani2000

tres cool.

Adil sehemoud

Merci

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