Le principe de fonctionnement de l'alimentation à découpage

Le principal avantage de alimentations à découpage par rapport aux modèles linéaires (sans commutation), la conversion de puissance peut être effectuée avec un rendement élevé et dans un petit facteur de forme. En effet, la dissipation de puissance dans le transistor de commutation est minime. Ceci, à son tour, permet une sortie de courant plus élevée à des tensions plus faibles que les régulateurs linéaires.

En plus d'un rendement énergétique plus élevé, les alimentations à découpage sont plus résistantes aux variations d'entrée que leurs homologues linéaires. En effet, ils ont la capacité d'augmenter ou de diminuer la tension de sortie pour réguler le courant de sortie afin de répondre aux exigences de la charge.

Ces fournitures sont utilisées pour les appareils électroménagers, tels que les ordinateurs et les téléviseurs, mais on les trouve également dans les milieux industriels. Dans les environnements industriels, ils sont utilisés pour la distribution d'énergie en masse à une faible tension continue et les équipements individuels peuvent être équipés de convertisseurs à découpage pour convertir entre différentes tensions.

Le processus de transformation du courant alternatif en courant continu commence par un signal d'entrée CA, qui est redressé et filtré. Ceci est transmis à une section de commutation centrale de l'alimentation électrique, qui à son tour transmet la sortie à un circuit de commande. Le circuit de commande donne alors la tension souhaitée à la sortie.

Cette tension est ensuite régulée par l'élément de commutation, en utilisant la modulation de largeur d'impulsion (PWM). Le processus PWM produit un certain bruit haute fréquence, mais il permet aux alimentations à découpage d'être très efficaces et d'être de petite taille.

Un autre avantage clé des alimentations à découpage est qu’elles peuvent être conçues pour se conformer aux réglementations sur les harmoniques. En effet, ils peuvent utiliser un circuit supplémentaire pour filtrer ces harmoniques indésirables.

Un exemple courant est le convertisseur Buck-Boost. Il s'agit d'un type simple de convertisseur non isolé qui utilise une inductance et un commutateur actif.

Il peut être augmenté ou diminué pour produire la tension de sortie requise en faisant varier le rapport cyclique des transistors de commutation. Ce type de convertisseur peut être plus facilement intégré qu'un transformateur car un seul inducteur est nécessaire et il peut abaisser les tensions à un degré d'efficacité beaucoup plus élevé qu'un transformateur.

Ces convertisseurs peuvent être encore optimisés pour augmenter leur efficacité en réduisant la résistance à l'état passant des transistors de commutation et en utilisant un circuit actif de correction du facteur de puissance. Les alimentations à découpage les plus avancées peuvent avoir des niveaux d'efficacité allant jusqu'à 96 %.

De plus, les alimentations à découpage peuvent être conçues pour mieux gérer les variations de température que leurs homologues linéaires. En effet, l'effet de peau (quantité de résistance provoquée par des modifications de la surface du conducteur) peut être ignoré aux basses fréquences, mais peut entraîner une perte d'énergie importante aux hautes fréquences.

Cela signifie que les alimentations bien conçues seront capables de réguler la tension sans provoquer de distorsion significative, quelle que soit la charge. Ils disposeront également de circuits de sécurité pour garantir que la tension de sortie n'est pas affectée par des conditions de surcharge ou d'autres facteurs environnementaux.