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

 

alimentation a decoupage principe 0

Principe de l'alimentation linéaire

 

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

 

alimentation a decoupage principe 1

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 !

 

alimentation a decoupage principe 3

 

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.

 

alimentation a decoupage principe 4

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.

 

alimentation a decoupage principe 5

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.

 

alimentation a decoupage principe 6

 

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'entréeVs = 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)

ampli lm1875 a alimentation a decoupage 0 Ampli LM1875 à alimentation à découpage ampli classe d 500w simple Réalisations d'amplis classe D 500 Watts alimentation a decoupage 12v 3 3v schema 0 Alimentation à découpage 12V / 3.3V : schéma alimentation a decoupage demi pont a resonance llc 0 Alimentation à découpage demi pont à résonance LLC alimentation a decoupage flyback 5v sans regulateur 0 Alimentation à découpage Flyback 5V sans régulateur ecran ampoule 6V alimentation ATX Ecran d'ampoules piloté avec des LED photodiodes : maintenance alimentation a decoupage reduction du bruit 0 Alimentation à découpage : réduction du bruit alimentation a decoupage flyback 0 Alimentation à découpage : Flyback
Eddib
Le 3 juin 2012 à 17:21

Merci pour la clarté et pour la générosité.

Tech066
Le 14 mai 2012 à 20:53

bonne et parfaite explication merçi

Boz
Le 28 sept. 2013 à 10:48

Tres bon éclairage

LC
Le 6 août 2014 à 21:35

Grand bravo, merci :)

Limousin
Le 29 août 2014 à 22:05

Merci

Kévin
Le 4 sept. 2014 à 23:27

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
Le 4 déc. 2014 à 16:32

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

Mfbafouss
Le 23 janv. 2015 à 01:36

Merci pour la clartee de l'explication.

Alphani2000
Le 16 déc. 2015 à 21:09

tres cool.

Adil sehemoud
Le 20 oct. 2016 à 05:14

Merci

billeltm91 Billeltm91
Le 22 mai 2017 à 09:47

bravo excellente explication encore bravo

Aymard Aymard
Le 3 juin 2020 à 14:13

bonsoir Nina! j'ai une alimentation d'une table mixeur en panne: elle donne comme tension 5V, 15v et 45V Je constate que l'oscillateur soit en panne (alors que la référence n'est pas marquée, aucune écriture sur IC 8 pattes ) d’après votre topic sur l'alim à découpage, j'ai décidait d'utiliser IR2153 alors qu'il n'y en a pas chez le magasin de brico electronique. un ami m'a proposé de remplacer la partie commande de cette carte par un autre alimentation de celle d'un dvd standard que j'achetai tout neuve. après le raccordement toutes les tension de sorties sont diminuées, comme suit 0.5V , 3v et 15 v (au lieu de 5, 15 et 45 v) . ma question c'est : est ce que je peu diminuer l'enroulement primaire ou des certains composant son à remplacer sur la partie commande de l'alim du dvd. le MOSFET utilisé est le 5n60. merci beaucoup!!

nina67 Nina67
Le 4 juin 2020 à 21:29

bonjour, la baisse de tension est elle due à une absence de régulation ou à une régulation qui s'établit à une tension plus basse. C'est une idée bien étrange de remplacer un contrôleur par un autre. Il faut vérifier la compatibilité broche à broche... Y a t il un enroulement auxiliaire ? Mesurez aussi la tension sur l'optocoupleur et ou le TL431 (réf de tension) ? On doit mesurer une tension de 1 à 1,1V sur la LED de l'optocoupleur, ce qui est indique qu'il est actif. En tous cas, ne pas toucher au Mosfet ni au primaire ! Cordialement