Alimentation à découpage : guide complet sur le fonctionnement et le choix

Explication complète couvrant les connaissances de base sur les alimentations à découpage, leur fonctionnement, les points de sélection, des exemples d'application en 24V et 12V, ainsi que les mesures contre les interférences. Rempli d'informations utiles pour les ingénieurs débutants à intermédiaires. Veuillez également consulter les présentations de produits et le support proposé par notre société Unifive.

Qu’est-ce qu’une alimentation à découpage ? Explication simple de son fonctionnement de base et de ses points clés d’utilisation

Pour les ingénieurs en conception électrique et électronique, l’alimentation à découpage est un élément indispensable pour réaliser des produits efficaces, compacts et économiques. Cet article explique de manière complète et accessible le fonctionnement et les principes de base de l’alimentation à découpage, les critères de sélection en fonction des applications, les contre-mesures contre le bruit, les normes de sécurité, etc. Il est rédigé pour être compris facilement par les ingénieurs débutants à intermédiaires et ceux qui conçoivent une alimentation pour la première fois.

Historique des alimentations à découpage

L’histoire des alimentations à découpage remonte aux années 1800.

Il existe une théorie selon laquelle la première alimentation à découpage au monde aurait été développée en 1958 par IBM. L’alimentation conçue par IBM à l’époque reposait sur la technologie des tubes à vide. À peu près à la même époque, General Motors a également déposé un brevet similaire utilisant l’oscillation de transistors. Cette innovation technologique aurait considérablement élargi les choix des concepteurs de dispositifs. Les années 60 étaient une période très dynamique, de l’industrie spatiale et des télécommunications à l’électronique et à l’informatique.

Fonctionnement et principe de l’alimentation à découpage

* Exemple de schéma fonctionnel de base d’une alimentation à découpage

Schéma fonctionnel de base de l’alimentation à découpage montrant un redressement AC, un circuit à découpage à haute fréquence et un contrôle de la tension de sortie

Une alimentation à découpage est un convertisseur de puissance qui transforme le courant alternatif (AC) d’entrée en courant continu (DC) via un redressement, puis contrôle la tension par commutation rapide d’un élément de découpage à haute fréquence tel qu’un MOSFET. Voici ses principales caractéristiques comparées aux alimentations linéaires :

Haute efficacité : Elle fournit uniquement l’énergie nécessaire via la commutation, réduisant les ondulations et la dissipation thermique.
Miniaturisation : Grâce à la haute fréquence, les transformateurs et filtres peuvent être plus compacts, permettant de réduire la taille du circuit imprimé.
Large gamme de tension d’entrée : Selon les circuits de commande, de nombreux modèles sont compatibles avec des entrées de 100 V à 200 V.

Le flux de fonctionnement est en général : Entrée AC → Circuit de redressement → Circuit de découpage haute fréquence (ex. : commande PWM) → Transformateur d’isolement (si nécessaire) → Redressement et filtrage → Sortie. Le circuit de commande maintient une tension et un courant constants via un PWM (modulation de largeur d’impulsions) et peut inclure des fonctions de protection contre les surtensions et les surintensités.

Différences avec l’alimentation linéaire et conseils de sélection

Les alimentations à découpage sont souvent comparées aux alimentations linéaires (régulateurs en série). Les linéaires ont peu de bruit haute fréquence et une conception simple mais présentent les inconvénients suivants :

Faible efficacité : Une partie significative de la puissance est convertie en chaleur, nécessitant un radiateur.
Grande taille et poids : Les transformateurs et dispositifs de dissipation thermique doivent être plus grands.

Élément	Alimentation à découpage	Alimentation linéaire
Méthode de conversion	Commutation à haute fréquence	Contrôle continu via transistor
Efficacité	Élevée (80%~95%)	Faible (50%~70%)
Dissipation thermique	Faible	Élevée
Taille et poids	Compacte et légère	Grande et lourde
Bruit haute fréquence	Élevé	Faible

* Tableau comparatif entre alimentation à découpage et alimentation linéaire

D’un autre côté, les alimentations à découpage nécessitent souvent des contre-mesures contre le bruit, mais elles sont attrayantes par leur compacité, légèreté et haute efficacité. Voici les points à vérifier lors de leur sélection :

Gamme de tension et de courant de sortie
Tension d’entrée (AC/DC)
Efficacité, dissipation thermique, méthode de refroidissement
Caractéristiques de bruit
Fonctions de protection (surtension, surintensité, etc.)
Taille, poids, prix

Pourquoi l’alimentation à découpage est-elle efficace ?

L’efficacité élevée des alimentations à découpage provient du fait que leurs éléments de commutation fonctionnent uniquement en mode ON ou OFF, minimisant le temps passé dans des états intermédiaires de dissipation d’énergie. Contrairement aux alimentations linéaires, cela réduit drastiquement la production de chaleur et améliore l’efficacité énergétique.

En outre, le contrôle adaptatif de la fréquence de commutation ou de la largeur des impulsions selon la charge permet de maintenir une bonne efficacité même en mode veille ou à faible charge.