Alimentation linéaire Une alimentation linéaire est un dispositif à base d’électronique de puissance qui fournit à un dispositif électrotechnique une ou plusieurs tensions continues parfaitement stabilisées et maintenues constantes malgré les fluctuations de la source (le réseau) et de la charge. L’allmentation peut être conçue pour délivrer de quelques watts à plusieurs centaines de watts. Constitution : Ce type d’alimentation est constitué de la mise en cascade des éléments suivants Un transformateur Un montage redresseur, Un régulateur linéair consigne prlncpales utilisation
On trouve ce type d’ appareils alimentés p t est asservi à la or2s Sni* to View e tous les t embarquant de l’électronique, mais aussi dans tous les syst mes nécessitant une tension de sécurité stabilisée. Annexe 1 . Toujours plus de puissance électrique à fournir aux dernières générations de matériels aptes à faire tourner correctement les jeux les plus lourds par exemple : voilà le dilemme auquel les utilisateurs doivent faire face lors de l’achat d’une nouvelle configuration ou d’une mise à jour de leur machine.
On ne rappellera jamais assez qu’une alimentation de qualité est n investissement un peu coûteux, mais utilisable sur du moyen terme car les normes à ce niveau évoluent assez lentement. Il y a encore quelques années, les alimentations dites « nonames » nécessite des composants d’une certaine qualité. Par expérience, il faut éviter les alimentations génériques car elles ne rapportent en général que des ennuis et potentiellement des dommages pour l’ensemble du matériel si elles viennent à dérailler.
Les maux sont nombreux : régulation quasi inexistante, sécurités absentes, sous-dimensionnement généralisé, filtrage bâclé, composants bas e gamme, nuisances sonores, etc. Pour avoir personnellement essayé une alimentation générique donnée pour 350 W (fourni avec un boitier), en attendant d’en recevoir une bonne, sur une simple configuration composée d’un AMD64 3000+ non OR, 512M0 de DOR et d’une Radeon 9800 Pro, l’alimentation a brûlée à peine 5 secondes après avoir lancé 3DMark 2005 !
Rien d’étonnant à cela quand on l’ouvre pour vor les choix technologiques suicidaires qui sont fait à force de vouloir faire des économies. Négliger l’alimentation est une erreur qui peut donc se payer cher et malheureusement certaines marques, qui ne sont pas oin de ce que l’on pourrait appeler des « nonames » remarquées, annoncent des caractéristiques trompeuses sur leurs produits qui ne reflètent absolument pas la réalité ! Il ne faut pas être dupe quand une alimentation sensée pouvoir délivrer 500 W est vendue 20 € car si elle tient 250 W en continu en respectant la norme c’est déjà bien beau…
Entre les puissances en crête et les puissantes réellement délivrables, il y a un gouffre que certains n’hésitent pas à franchir pour abuser les clients potentiels. En règle générale et par mesure de sûreté, il faut éviter de tirer lus de 80 % de la capacité maximale d’une alimentation OF par mesure de sûreté, il faut éviter de tirer plus de 80 % de la capacité maximale d’une alimentation afin de prévenir tout risque d’usure prématurée ou de stabilité à court terme.
Même si une allmentation de qualité arrivera à tenir la charge maxlmale sans se mettre en sécurité, elles ne sont pas vraiment faites pour rester à de tels niveaux de contraintes pendant longtemps (chute du rendement, stabilité moindre, température élevée, etc. ). Ce dossier va décrire assez en profondeur un grand nombre d’aspects relatifs à l’électronique des alimentations et aux ifférents facteurs qui nous intéressent directement lorsqu’on souhaite acheter une alimentation. Certaines notions sujettes ? de nombreuses confusions seront décryptées pour en faciliter la compréhension.
De nombreux exemples concrets seront fournis pour comprendre correctement les différents aspects et c’est normalement assez accessible si la lecture est soutenue. Attention, le contenu de ce dossier est très riche et extrêmement dense. Il est donc présenté en deux parties afin de faciliter sa digestion. Par ailleurs, il sera suivi d’un gros comparatif d’alimentations. Bon cours sur les alimentations : Préambule Tout montage ne vaut que par la qualité de son alimentation. Et c’est pourtant bien souvent un point négligé !
Il existe deux familles principales d’alimentations secteur : les alimentation lineaires et les alimentations à découpage. Les alimentations linéaires sont plus faciles à fabriquer et à dépanner. Mais elles présentent l’inconvenient (surtout pour les fortes puissances), d’être plus encombrantes, d’avoir un rendement inférieur et (surtout pour les fortes puissances), d’être plus encombrantes, d’avoir un rendement inférieur et de chauffer plus que leur homologue à découpage. Pour un industriel, le choix du type d’alimentation va évidemment influencer le coût de fabrication ou d’intégration.
Il est à noter que tout fabricant de matériel ne possède pas forcemment la compétence pour réaliser des alimentations à découpage, et souvent il l’achètera à un spécialiste. La réalisation d’une alimentation à découpage par l’amateur reste relativement délicate, même avec l’apparition de composants intégrés assurant le plus gros du travail. Dans tous les cas, je ne saurais que trop conseiller au débutant en électronique de commencer par la réalisation d’une alimentation linéaire. De même, je ne vous conseilles pas de dépanner une alimentation à découpage si vous ne connaissez pas parfaitement son fonctionnement.
Ceci dit, vous comprendrez que la suite de cette rubrique ne concernera que les alimentations linéaires. Constitution de base d’une alimentation secteur linéaire Le nombre de schémas électroniques complets disponibles sur le net et dans les revues d’électronique (qui dit en passant disparaitront sans doute bientôt vu l’évolution des choses) est impressionant. Je ne vais donc pas publier ici une n-ième version de montage que l’on trouve partout, mais plutôt apporter uelques commentaires (enfin bon, si vous insistez, voici le schéma d’une alim 2 x 1 SV).
Vous trouverez dans les lignes qui suivent, le schéma de base de quelques alimentations courantes de type simples et symétriques (doubles). Ces schémas ne laissent apparaitre aucune régulati type simples et symétriques (doubles). Ces schémas ne laissent apparaitre aucune régulation, nous avons affaire là à des alimentations filtrées mais non régulées. L’ajout d’un régulateur est justifié pour les montages électroniques nécessitant une alimentation très stable, comme les préamplificateurs, les ystèmes de mesure ou les montages de type numériques.
Le plus souvent, aucun régulateur n’est employé pour l’alimentation en énergie de la section puissance d’un amplificateur BF. Nous y reviendrons plus loin. Alimentation simple avec transformateur a secondaire unique Dans la configuration de cablage qui suit, le redressement est dit Mono-alternance, seules les alternances positives de la tension alternative délivrée par le secondaire du transformateur, sont utilisées, les alternances négatives sont purement ignorées. En d’autres termes, on utilise le transfo à moitié de sa capacité.
Ce ype d’alimentation convient très bien pour un montage qui ne consomme pas beaucoup de courant, car le condensateur de filtrage emmagasine assez d’énergie pour fournir ce qu’on lui demande. Mais demandons un peu plus de courant en sortie, et là c’est la catastrophe, la tension de sortie ondule et s’il s’agit d’une alimentation pour un montage audio, on se retrouve avec une belle ronflette superposée au signal audio utile. Si le courant demandé est assez important, il faut faire appel ? un redressement double alternance (solution conseillée), ou augmenter très fortement la valeur du condensateur de filtrage pas très élégant).
Retenez donc que la solution du redressement mono-alternance présentée cl-avant est déconseill PAGF s OF présentée ci-avant est déconseillée pour une application audio, mais qu’elle peut parfaitement convenir pour un étage électronique pour lequel une valeur d’ondulation résiduelle importante n’est pas critique (un étage de commande de relais par exemple). Dans la configuration de cablage qui suit, le redressement est dit Double-alternance, les alternances positives et négatives de la tension alternative délivrée par le secondaire du transformateur, sont utilisées.
Cela est rendu possible par ’emploi de quatre diodes au lieu d’une seule (deux se chargent de travailler avec les alternances positives, les deux autres se réservent les alternances négatives). Cette configuration permet d’avoir un résidu de tension alternative de bien moindre amplitude en sortie finale pour un même courant consommé, par rapport au montage à une seule diode. Le condensateur est en effet chargé deux fois plus souvent, et la tension à ses bornes reste ainsi plus souvent proche de son maximum.
Ce montage est conseillé quasiment dans tous les cas de figure, il demande simplement quatre diodes au lieu d’une seule. Un surcout vraiment négligeable au vu de ce qu’il rapporte I Alimentation simple avec transformateur à secondaire à point milieu Dans la configuration de cablage qui suit, le redressement est aussi de type Double-alternance, malgré l’emploi de seulement deux diodes de redressement. Les performances de ce montage sont les mêmes que celles que l’on a en utilisant un secondaire simple avec un pont de quatre diodes.
Remarque : un tel cablage de de secondaire simple avec un pont de quatre diodes. Remarque : un tel cablage de deux enroulements secondaires de même tension de sortie ne signifie pas que la tension de sortie a être doublée par rapport à un cablage avec enroulement secondaire simple. Par rapport au point milieu, la tension crête de sortie de chaque « extremité » d’enroulement est celle de la moitié de l’enroulement total, et chaque diode conduit sur une moitié de I’ alternance seulement, et ne voit donc que la moitié de l’amplitude d’une onde complète.
Par contre, si l’on cable le secondaire avec un pont de quatre diodes comme dans le montage précédent, et sans tenir compte du point milieu (qui reste donc en l’air), la tension de sortie sera bien doublée (un transfo 2 x 12 V devient un transfo 1 x 24 V). Alimentation symétrique avec transformateur à secondaire ? point milieu Il s’agit sans doute là de la configuration de cablage la plus fréquement rencontrée. Elle permet d’obtenir deux tensions symétriques, opposées en polarité par rapport à une masse commune qui sert de référence (O V). Schéma de base classique comme utilisé à a page Alimentation symétrique 005.
Attention à ne pas vous tromper dans la polarité des condensateurs, le condensateur du bas à bien sa borne + reliée ? la masse ! Alimentation symétrique avec transformateur à deux secondaires separes Voici le schéma correspondant : Vous pouvez assimiler ce x alimentations simples positive et l’autre pour la partie négative. Le point commun qui sert de référence (masse O V) est obtenu en réunissant la borne négative de l’alimentation « positive » (celle du haut sur le schéma), avec la borne positive de l’alimentation « négative » (celle du bas).
Notez qu’en abscence de point commun de masse 0 V, nous avons là deux alimentations simples totalement isolées l’une de l’autre ! Alimentation symétrique avec transformateur à secondaire simple Cette façon de faire est souvent mise en oeuvre dans des montages qui nécessitent une alimentation symétrique, et que e transfo fourni est de type externe et à sortie alternative. Cela permet d’utiliser un connecteur jack d’allmentation classique (et donc peu couteux) à deux connecteurs, et de générer les deux tensions symétriques au sein même de l’équipement.
Exemples d’utilisations : pédales d’effets de guitares, modem RTC avec port série RS232. Le schéma ci-dessous montre une façon de faire Retenez que pour ce genre de montage, on se retrouve avec un redressement de type Mono-alternance, donc moins performant. Les résultats ne sont interressants que si la consommation globale est faible, de l’ordre de 100 mA maximum sur chaque ranche. Au delà de 100 mA, je déconseille cette approche et préconise l’emploi d’un secondaire double ou à point milieu comme vu précédement.
On peut aussi faire appel à des condensateurs de forte valeur qui permettent d’obtenir deux sorties galvaniquement isolées l’une de l’autre, toujours à partir d’une source de tension unique. Alimentation symétrique avec une tension double additionnelle On peut dans certains c 8 OF On peut dans certains cas avoir besoin d’une tension de sortie addditionnelle de valeur plus élevée que les tensions permises par le transformateur utilisé. ar exemple, on souhaite isposer de deux tensions symétriques de 4/-6 V et d’une tension additionnelle de +12 V alors qu’on ne dispose que d’un transformateur de 2 x 6 V. Ou alors disposer de deux tensions symétriques de +/-12 V et d’une tension additionnelle de +24 V alors qu’on ne dispose que d’un transformateur de 2 x 12 V. Si le courant demandé pour la sortie additionnelle n’est pas trop important, on peut utiliser un doubleur de tension, comme le montre le schéma suivant.
Ce procédé a par exemple été mis en oeuvre dans mon alimentation multiple 002, avec une légère variante que je vous laisse trouver. Attention : avec ce genre de montage, il est recommandé de prévoir une régulation à la suite du doubleur de tension, car la tension réellement disponible au point Vs2+ peut varier dans de grandes proportions en fonctlon du transformateur utilisé et de la tension réelle du réseau EDF. Les hautes tensions Lorsqu’il faut générer des tensions continues de quelques centaines de volts, on peut faire appel à diverses techniques, dont le multiplicateur de tension.
Mais la plus simple, surtout quand la tension désirée est « modeste », consiste sans doute à uiliser un transformateur d’alimentation élévateur, suivi de diodes et ondensateurs dont la tension de service est soigneusement choisie. Le schéma qui suit, extrait d’un schéma d’alimentation d’amplificateur à lampes, en est un exemple PAGF q OF schéma qui suit, extrait d’un schéma d’alimentation On pourrait être surpris de mettre en série deux diodes supportant 1000 V (c’est le cas des 1 N4007), alors que la tension de sortie n’est que de 470 V.
Cependant, les diodes qui sont ? l’état bloqué doivent supporter, en inverse, une tension double de la tension crête du secondaire du transfo. Et cette tension est très proche de 1000 V, ce qui explique qu’il est plus prudent de e pas prendre trop de risques. Afin de répartir convenablement la tension aux bornes des d10des bloquées, des résistances de forte valeur (ici 220 KO, mais on peut aller jusqu’à 1 MO) y sont ajoutées en parallèles.
Le principe de répartition de la tension de sortie en deux demi-valeurs est appliqué pour les condensateurs de filtrage, ces derniers ne voient à leurs bornes que la moitié de la tension de sortie. Là encore, on pourrait se contenter d’un seul condensateur de tension de service de 500 V pour une tension de sortie évaluée à 470 V, mais en procédant ainsi (avec eux condensateurs), les composants sont moins sollicités, et vieillissent mons vite. ne prudence parfois jugée comme du luxe par ceux qui n’utilisent que des condensateurs de haute qualité, dont la tenue des caractéristiques au fil des ans est bien établie. Remarques : – la valeur capacitive équivalente de deux condensateurs identiques montés en série est égale à la moitié d’un seul : ici, Cl et C2 en série forment un unique condensateur de 110 uF / 1 000 V (même chose pour C3 et C4). – les résistances classique supportent 300 V entre leurs deux bornes. Pour
