Comment fonctionne une véritable alimentation CC programmable ?

Aperçu des méthodes de fonctionnement de l'alimentation électrique

 

Le module de circuit redresseur convertit la tension alternative du transformateur en une tension alternative unipolaire. Ensuite, le module de filtrage convertit la tension alternative unipolaire en une tension continue imparfaite avec des effets d'entraînement.

Le régulateur de tension ajuste la tension de sortie au niveau souhaité et effectue un filtrage supplémentaire pour obtenir une sortie de tension continue constante.

 

Ces modules de circuit contiennent de nombreux composants, dont aucun n'est idéal. Les condensateurs et les inducteurs ont une résistance parasite, une capacité parasite (dans les inducteurs) et une inductance parasite (dans les condensateurs). Les transistors et les diodes ont des caractéristiques IV qui varient en fonction de la température. Tous les composants ont certaines tolérances sur leurs valeurs de paramètres, consomment de l'énergie, ont des limitations de puissance et génèrent du bruit. Ces caractéristiques non idéales empêchent l'alimentation de devenir une source de sortie CC absolument constante.

 

Écart par rapport au rendement idéal

 

La sortie fournie par une alimentation CC n'est pas toujours une sortie programmée par l'utilisateur. Les fabricants définissent la précision de sorties CC spécifiques en fonction des tolérances des composants : précision de sortie ou précision d'affichage. Lorsque la température ambiante dépasse la plage de température d'étalonnage de l'alimentation, le fabricant peut également spécifier un coefficient de température à ajouter à la tolérance de sortie. Une autre raison pour laquelle la sortie CC tombe en dessous de la valeur programmée est que lors de l'utilisation de charges à courant élevé, la résistance interne des composants de l'alimentation est soumise à une tension plus élevée. Le fabricant spécifie cet effet comme une régulation de charge, exprimée sous la forme d'une erreur de pourcentage par rapport à la tension maximale. Pour déterminer complètement la précision de sortie d'une alimentation CC, l'erreur de réglage de la charge doit être ajoutée à la précision de sortie.

 

L'extrémité de sortie CC d'une alimentation CC peut également être sujette à du bruit. En raison du mouvement et de la collision des électrons dans les structures métalliques, un bruit inhérent existe dans tous les composants électroniques. Ce type de bruit est appelé bruit Johnson. En raison des conditions sur la ligne CA, des interférences électromagnétiques environnementales (EMI) et des courants vagabonds sur le fil de terre, du bruit peut également se produire dans la sortie d'alimentation. Comme pour d'autres instruments électroniques, la réduction du bruit dans une alimentation électrique nécessite des techniques de conception détaillées. Mais même avec la meilleure conception, il y aura du bruit à l'extrémité de sortie de l'alimentation CC.

 

Structure de la topologie de puissance

 

Il existe deux types de topologies d'alimentation. La conception de l'alimentation peut utiliser une topologie linéaire ou une topologie à découpage. La différence dans leur conception réside dans le module redresseur et le module de régulation de tension.

 

(1) Structure de topologie linéaire

Dans la conception linéaire, un courant constant circule dans le circuit. Les avantages de cette conception sont un faible bruit et une faible complexité, mais l'efficacité n'est pas très élevée. L'efficacité de l'alimentation linéaire est inférieure à 50 %.

 

(2) Structure de la topologie du commutateur

En revanche, les alimentations à découpage peuvent atteindre un rendement de 90 %, mais leur complexité et leur bruit de sortie sont beaucoup plus élevés. La raison du bruit élevé est due aux composants actifs, à savoir les transistors, utilisés comme interrupteurs pour allumer et éteindre l'alimentation à une fréquence de kHz. L'avantage des alimentations à découpage est qu'elles sont plus petites et plus légères que les alimentations linéaires de même capacité. L'alimentation à découpage peut être utilisée avec un poids plus léger et des transformateurs plus petits. De plus, plus la fréquence de commutation est élevée, plus tous les composants inductifs sont petits.

 

Bien que les deux topologies soient adaptées aux alimentations électriques jusqu'à plusieurs centaines de watts, les alimentations à découpage sont principalement utilisées pour concevoir des alimentations électriques d'une puissance supérieure à 500 W, voire à plusieurs kilowatts. Pour les alimentations électriques de l'ordre du kilowatt, les transformateurs peuvent également être très volumineux et lourds.