Comment choisir une alimentation DC

I. Une alimentation DC : qu'est ce que c'est ?

 

L'alimentation est l'un des éléments basique de l'électronique et de l'électricité. Dès que l'on a besoin d'exciter un circuit en tension ou courant, on a besoin d'une alimentation.
Sa fonction consiste à délivrer une tension continue dont l'amplitude est indépendante du courant de sortie et des variations de tension de la source où elle est branchée.

En voici quelques modèles :

 

Metrix AX502 ELC ALF2412
Alimentation de laboratoire
 
Test de CEM
 
BK Precision XLN3640
Alimentation rackable
 
BK Precision BK1796 TTI EX355P
Alimentation à fort courant
 
Alimentation programmable mixte linéaire/découpage
 

 

Les alimentations sont présentes dans de nombreux domaines :
Industriel, métrologique, médical, R&D...
Il y a même beaucoup de particuliers professionnels ou amateurs qui fabriquent eux même leur alimentation

 

Comme vous pouvez le constater, il y a une multitude d'applications possible pour une alimentation.
Le choix d'une alimentation est délicat puisque ce choix dépend beaucoup de l'application pour laquelle l'alimentation sera utilisée.

Prenons l'exemple d'une charge qui nécessite beaucoup de puissance, il faudra alors choisir une alimentation capable de fournir de forts courants. Ces alimentations coûtent généralement cher.
Autre possibilité, on peut se tourner vers une alimentation plusieurs voies qui pourra fournir la même puissance en couplant les sorties, tout en ayant un courant plus faible pour chaque voie. En couplant ainsi les sorties, on peut augmenter soit la tension soit le courant selon l'application.

Il faut donc se poser les bonnes questions : Quelle alimentation conviendra à mes besoins ? Comment éviter de payer trop cher mon alimentation ? Quelles fonctions dois-je rechercher ? Quelles sont les principales caractéristiques à prendre en compte ?

 

Après avoir déterminé ces quelques éléments primordiaux, penchons nous sur les deux types principaux d'alimentation.

 

II. Les deux grandes catégories d'alimentation : linéaire et découpage

 

Les alimentations à régulation linéaire

Le régulateur réalise une boucle d'asservissement de la tension de sortie qui maintient celle-ci constante aux bornes de la charge en contrôlant le courant qui lui est fourni (transistor « ballast »).
Les alimentations de puissance élevée intègrent un dispositif permettant de fractionner automatiquement l'enroulement secondaire du transformateur pour diminuer la tension en amont du régulateur.
L'avantage principal de ce type d'alimentation est de constater une tension résiduelle très faible.
Ces alimentations seront donc privilégiées lorsque la charge est particulièrement sensible aux « parasites »:
cartes électroniques, essais sur composants actifs.
De plus, ce type d'alimentation à une haute qualité de tension de sortie (stabilité, précision...) et leur conception est simple ce qui les rend plus facile à dépanner qu'une alimentation à découpage.
Ce type d'alimentation a malgré deux inconvénients majeurs : un rendement médiocre et un volume non négligeable principalement dû à la dissipation thermique.

Ces alimentations sont typiquement utilisées, en laboratoire, pour des puissances faibles à moyennes ou encore comme alimentation de puissance à très hautes exigences (ampli haute-fidélité)

 

Les alimentations à découpage

Le régulateur est cette fois-ci constitué d'un interrupteur piloté en fréquence (transistor en commutation).
L'avantage est d'offrir un rendement élevé avec un encombrement et un poids réduits.
Leur conception nécessite de prévoir des filtrages et des blindages supplémentaires pour s'affranchir des parasites conduits et rayonnés.
Les alimentations à découpage seront privilégiées lorsque l'application requiert une puissance élevée et peu sensible aux fréquences de la tension résiduelle:
moteurs, résistances chauffantes.
Les inconvénients de ce type d'alimentation sont les perturbations CEM (conduites et rayonnées) dues aux fronts de commutation, un asservissement délicat ainsi qu'une génération relativement importante de bruit.
La complexité de fabrication et de fonctionnement de ce type d'alimentation la rend aussi plus complexe à dépanner en cas de problèmes et nécessite souvent l'intervention d'un spécialiste.

 

Il existe aussi deux autres types de régulations : les alimentations à régulation mixte linéaire/découpage et les alimentations à régulation PowerFlex (marque TTI).

 

Régulation mixte linéaire/découpage

Cette régulation est une combinaison des deux régulations précédente.
Elle utilise la pré-régulation de la régulation à découpage et la régulation final de la technologie linéaire.
Cette technique permet d'obtenir un haut rendement tout en ayant un faible niveau de bruit proche des performances que propose les technologies linéaire pure.

 

Régulation PowerFlex

Cette technologie, créée par TTI, utilise une forme modifié de la régulation mixte afin de fournir un plus au niveau de courant lorsque la tension est réglée à des valeurs basses.
Cette technologie offre des combinaisons de tensions et courant variable à l'intérieur d'une gamme de puissance maximal, permettant à l'alimentation de répondre à une plus large gamme de besoins.

 

Après avoir choisi le type d'alimentation voici les critères importants.
Grâce àces critères, vous pourrez trouver soit une alimentation qui répond à plusieurs applications soit une alimentation spécifique qui répond à des caractéristiques bien précises.

 

III. Les critères de choix

 

Les gammes de tension et courant

La tension et le courant font partie des critères les plus importants pour le choix d'une alimentation.
Ces gammes définissent les performances de l'alimentation et la puissance qu'elle peut fournir.
C'est principalement pour ces critères qu'il faut connatre les conditions d'utilisation car il en existe une panoplie variées et il est même possible de construire des alimentations sur^mesure pour des cas spécifiques.
Il vous faut donc définir de combien de puissance vous aurez besoin et avec quels courant et tension.
Il faudra même peut-être penser si ces besoins évolueront et dans ce cas voir pour une alimentation un peu plus cher mais fournissant une ou des gammes de tension plus large.
Mais attention à l'augmentation de puissance qui implique des dimensions de l'alimentation plus importantes.

 

a) La tension

La tension est le critère principal lors du choix d'une alimentation.
Délivrer une tension continue est sa fonction principale.
Les alimentations peuvent fournir des tensions fixes ou réglables.
Les tensions fixes seront plus précise pour la même valeur de tension qu'une tension réglable.

 

b) Le courant

Les alimentations sont des sources de tension et non de courant et les valeurs de courants indiquées sur celles-ci ne sont que des valeurs limites que l'alimentation peut supporté et permet aussi de fournir plus de puissance (si celui-ci est réglable) à la charge à alimenter.
La limitation de courant protège l'alimentation et le circuit.

 

L'ondulation et le bruit

 

a) Ondulation

Dans le domaine des alimentations, l'ondulation est la petite variation résiduelle périodique non voulu de la sortie DC de l'alimentation.
Cette ondulation est dû à la suppression incomplète de la forme d'onde alternative, provenant du secteur, à l'intérieur de l'alimentation.

 

b) Bruit

Le bruit, en électronique, est un bruit électrique qui correspond à des parasites hautes-fréquences.
Il est une fluctuation aléatoire d'un signal électrique qui est présent dans tous les circuits électroniques.
Ce paramètre est imprévisible et peut être produit par différents effets.

 

Pour avoir le meilleur signal en sortie de votre alimentation, il faudra donc choisir une alimentation ayant des caractéristiques d'ondulation et de bruit le plus faible possible.

 

Modes de fonctionnement

Ces différents modes permettent d'augmenter la tension ou le courant mais aussi de commander plusieurs alimentations à l'aide d'une seule.

  • Mode séparé ou indépendant : chaque voie est utilisée de manière autonome.

  • Mode série : chaque alimentation est branchée en série pour additionner les tensions tout en conservant le même courant.

  • Mode parallèle : chaque alimentation est branchée en parallèle pour additionner les courants tout en conservant la même tension.

  • Mode maître/esclave : l'alimentation appelée « maître », équipée de son propre système de régulation, commande à la fois son propre régulateur mais aussi celui de la ou les alimentation(s) appelée « esclave ».
    Cela permet ainsi de mettre plusieurs alimentations à la même tension à partir d'une seule.

  • Mode tracking : Ce mode, utilisable en fonctionnement interne d'une alimentation, permet à la voie appelée« esclave » de réagir proportionnellement aux variations de la tension de la voie « maître ».
    Lorsque ce mode est actif, la borne négative de la voie appelée « maître » sera connectée en interne à la moins positive de la voie appelée « esclave ».
    Ceci correspond à mettre les deux voies en série en interne.
    Ce mode permet, par exemple, de créer une alimentation symétrique, avec la masse prise sur la borne – de l’alimentation « maître » ou sur le + de l’alimentation « esclave » ou de doubler la tension en couplant les deux voies en série en mettant la masse sur la borne négative de l'« esclave ».

 

Nombre de sorties

Le nombre de sorties permet de coupler les sorties de l'alimentation pour générer différentes tensions en même temps, créer une alimentation symétrique ou encore de mettre en cascade les différentes sorties de l'alimentation.
Les alimentations multiples sont essentielles lorsque l'alimentation sert à tester simultanément plusieurs dispositifs.

Sur une alimentation à plusieurs voies, il est possible qu'il y est des sorties variables et une sortie fixe.
Avoir une sortie fixe peut-être utile car même si elle délivre une moins grande tension que les sorties variables, cette dernière est plus stable que celle des autres sorties.

 

Protections

La protection de l'alimentation est très importante afin de s'éviter un maximum d'ennui.
Il est bien que l'alimentation se protège elle-même par différentes fonctions comme la limitation du courant ou de la tension mais il peut être aussi très important de penser à la protection du circuit que l'on tient à alimenter.
En effet, certaines alimentations intègrent des systèmes de protection pouvant décharger le circuit en test ou même ouvrir un relais afin d'isoler ce dernier de la source de puissance.

 

Les alimentations programmables

Les alimentations programmables ont les mêmes caractéristiques que les alimentations normales mais disposent de ports de programmation tels que le GPIB, l'USB ou encore la liaison RS-232.
Ce type d'alimentation permet de régler des valeurs de tension et courant avec une meilleur précision que les alimentations classiques.
Les plus sophistiquées d'entre elles sont légères et compact et offrent aussi la possibilité d'un montage en rack.
Leurs liaisons leur permet d'être configurable à distance par PC et même pour certaines, la possibilité de pilotage de plusieurs unités en même temps (liaison RS-485).
 

Avec tous ces critères, vous avez toutes les cartes en main pour choisir la bonne alimentation qui répondra à vos besoins.
Votre but n'est pas d'acheter une alimentation en fonction de son prix mais de ce qu'elle procure : une puissance propre tout en étant en mesure de se protéger et de protéger vos circuits.
N'oubliez pas non plus la prise de place qu'elle occupera.
Si vous recherchez un gain de place, recherchez des alimentations rackable ou à découpage.
Sinon, préférez des alimentations linéaire afin d'obtenir de meilleures performances en sortie.
Il y a même aujourd'hui des alimentations à régulation mixte ou PowerFlex qui offrent de nouvelles possibilités de choix.

 

 

Voir les modèles d'alimentations que nous proposons en cliquant sur le lien ci-dessous:

- Alimentations DC

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