Alimentations continues stabilisées : Rendement et refroidissement

1.1 - Alimentations à régulation série

Figure 2 - Régulation série
1.2 - Alimentations à découpage

Figure 4 - Convertisseur Forward Figure 6 - Convertisseur Flyback

2 - Bruit dans les alimentations à découpage

2.1 - Perturbations conduites par les conducteurs
2.2 - Perturbations conduites par le châssis

Figure 11 - Circulation des bruits
2.3 - Perturbations rayonnées à fréquences radio
2.4 - Mesure du bruit
2.5 - Forme d’onde de sortie

3 - Normalisation des perturbations

3.1 - Classes, réglementation et label
3.2 - Normes

4 - MTBF et fiabilité

4.1 - MTBF calculé ou démontré
4.2 - Fiabilité
4.3 - Composants limitant la fiabilité
4.4 - Nouvelles méthodes de tests et de vieillissement

5 - Rendement et refroidissement

5.1 - Rendement et puissance dissipée
5.2 - Refroidissement

Figure 19 - Ventilation forcée

6 - Applications

6.1 - Courant d’entrée

Figure 21 - Télérégulation
6.2 - Télérégulation (sense)
6.3 - Découplage
6.4 - Limitation de courant
6.5 - Mise en parallèle
6.6 - Mise en redondance d’alimentations

Figure 22 - Limitation de courant Figure 23 - Mise en parallèle
6.7 - Charge de batterie

Figure 24 - Mise en redondance Figure 25 - Charge de batterie
6.8 - Utilisation avec charge inductive
6.9 - Correction du facteur de puissance (PFC)
6.10 - Alimentations modulaires

7 - Quelques conseils

Présentation

Auteur(s)

Bernard BOUTOUYRIE : Ingénieur de l’École supérieure d’électricité (Supélec) - Ancien président-directeur général de Coutant Électronique

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INTRODUCTION

Les alimentations destinées aux équipements électroniques, dans une gamme de puissance d’environ 10 W à 5 000 W, avec une entrée alternative (50 Hz à 400 Hz) ou continue et une ou plusieurs sorties continues inférieures à 200 V environ font l’objet de cet article. Cela exclut des domaines très importants, tels que :

alimentations non interruptibles (UPS : uninterruptible power supply) ;
alimentations haute tension ;
onduleurs (entrée continue, sortie alternative) ;
changeurs de fréquence ;
alimentation de forte puissance ;
chargeurs de batteries, etc.

Les problèmes techniques sont abordés dans les grandes lignes. Un accent particulier est mis sur les paramètres intéressant l’utilisateur dans ses applications et sur les précautions à prendre pour éviter les problèmes les plus courants rencontrés dans les systèmes d’alimentations d’ensembles électroniques.

Je dois remercier très sincèrement la société Coutant-Lambda (groupe Invensys) pour l’aide considérable qu’elle m’a apportée dans la rédaction de cet article, en autorisant la reprise et la mise à jour des documents techniques.

En particulier, je remercie Daniel Pujol (directeur général Invensys Europe Systèmes d’énergie), Adam Rawicz-Szerbo (directeur général Coutant-Lambda) et Robin Jeffery (directeur technique Coutant-Lambda) dont les conseils m’ont été très précieux.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-e380

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5. Rendement et refroidissement

5.1 Rendement et puissance dissipée

Le rendement est par définition le rapport de la puissance de sortie sur la puissance consommée sur l’entrée :

η = \frac{P_{sortie}}{P_{entrée}}

Le rendement d’une alimentation est une grandeur très importante car il détermine la puissance dissipée en chaleur par celle-ci, donc l’échauffement de l’alimentation et son MTBF.

La figure 17 donne les abaques de puissance dissipée :

P _dissipée = P _entrée – P _sortie

P _dissipée = P _sortie × $\frac{1 - η}{η}$

Exemple

pour une même puissance de sortie de 500 W, une alimentation linéaire de rendement 40 % dissipe 750 W, tandis qu’une alimentation à découpage de rendement 70 % ne dissipe que 214 W environ.

Le rendement de la technique linéaire est de l’ordre de 30 % à 60 %, le découpage de 60 % à 85 %. Dans les deux technologies, le rendement est d’autant meilleur que la tension de sortie est élevée et que la charge est plus forte.

Un point très important est la mesure du rendement d’une alimentation à découpage. Cette technique implique une forme d’onde du courant d’entrée secteur et un déphasage par rapport à la tension secteur qui doivent être pris en compte lors d’un contrôle ou d’une « recette » technique. En particulier, les wattmètres numériques étalonnés pour des signaux sinusoïdaux donnent des résultats erronés et il est difficile de mesurer le rendement d’une alimentation dépourvue de correction de facteur de puissance (PFC : power factor correction).

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