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Les ÉLÉMENTS d'une ALIMENTATION à DÉCOUPAGE



      
      

      





Le FUSIBLE
Le fusible est le premier élément que l’on rencontre dans les alimentations. 
Il assure une protection du réseau électrique en cas de défaillance de l’alimentation principale et protège également l’appareil en cas de défaillances internes à l’appareil. 
emplacement fusible alimentation
Place du fusible dans l'alimentation

fusibles ci
      
fusible en verre
      
resistance fusible
                                  
Fusibles circuit imprimé
                                             
Fusible en verre
                                                                            
Résistance fusible

La VARISTANCE
La varistance ou varistor protège l’appareil contre les surtensions éventuelles, comme la foudre par exemple. 
 
Elle se trouve placée directement entre la phase et le neutre. 
 
Lorsque la tension secteur est à sa valeur normale, la varistance présente une très grande résistance électrique et le courant de fuite qui la traverse est négligeable. 
 
En cas de surtension, la valeur de la résistance chute brutalement et considérablement. 
La chute de la valeur de la résistance provoque une augmentation du courant très importante dans la varistance, ce qui provoque un court-circuit. 
 
L’augmentation de la valeur du courant provoque la fusion du fusible de protection, protégeant ainsi l’appareil de la hausse brutale de la tension. 
emplacement de la varistance
Emplacement de la varistance

varistance
Varistance

Le FILTRE
Le filtre empêche les parasites hautes fréquences et les interférences électromagnétiques de se propager vers le réseau électrique. 
 
Suivant les appareils un ou plusieurs filtres peuvent être placés dans l’alimentation.
filtre en mode commun
Filtre en mode commun

Filtre en mode différentiel
Filtre en mode différentiel

filtre en mode commun
Filtre en mode commun

Le REDRESSEMENT
La tension en sortie du filtre est alternative à la fréquence de 50 hertz. 
Comme une alimentation à découpage est une alimentation dites DC-DC (continue vers continue), il est nécessaire de redresser cette tension alternative. 
 
C’est le rôle du pont de diodes qui va faire passer l’alternance négative du côté positif. 
 
redressement tension alternative
Redressement de la tension alternative
Le LISSAGE, le FILTRAGE
A la sortie du pont de diodes les deux alternances positives et négatives se retrouvent toutes les deux du côté positif, c’est une première étape. 
 
Le bût étant d’obtenir une tension la plus continue qui soit, on dit avec une faible ondulation, on utilise un condensateur électrolytique de grande valeur, qui va permettre à la fois d’aplanir cette tension et d’assurer le rôle de réserve d’énergie lorsque la tension venant du pont de diodes diminue. 
Explications : 
A la sortie du pont de diode, la tension se trouve redressée mais présente toujours une variation dans son amplitude qui varie de 0 à 325v, de 325v à 0. 
 
Ces variations de tension doivent être supprimer ou tout au moins fortement atténuées pour obtenir une tension la plus continue possible d'ou le terme de lissage de la tension. 
 
Le fait d'utiliser un condensateur va permettre d'atténuer ces variations de tension en chargant le condensateur pendant la montée de l'amplitude de la tension et quand cette tension diminue le condensateur prend le relais pour alimenter le montage. 
 
A ce stade, il y a aux bornes du condensateur ce que l'on appelle une composante continue dû au fait que la tension est lissée et une composante alternative dû au fait qu'il subsiste une ondulation de tension aux bornes du condensateur fonction de la valeur du condensateur. 
 
Le terme filtrage de la tension vient du fait que le condensateur supprime ou atténue fortement la composante alternative. 
 
Si la composante alternative n'est pas totalement supprimée on parle alors d'ondulation de la tension.
lissage de la tension
Lissage de la tension

Ondulation de la tension
Ondulation de la tension

condensateur principal
Condensateur principal

Remarque :
On peut également trouver deux condensateurs électrolytiques en parallèle, ce qui permet d’utiliser des condensateurs moins encombrants et de diviser l’ESR (Equivalent Serie Resistance ou Résistance Série Équivalente) par deux.
deux condensateurs principaux
Présence de deux condensateurs principaux
Le TRANSFORMATEUR
Le transformateur va permettre de produire des tensions au secondaire qui serviront à alimenter les diverses parties de l’appareil (carte «T-CON», panneau de «LED» …). 
 
La tension aux bornes du condensateur primaire est une tension continue. 
Mais une tension continue ne permet pas le fonctionnement d’un transformateur. 
 
Comme il n’y a pas de variation de courant à ses bornes il n’y a pas de variation de flux. 
 
Sous courant continu le fil qui constitue le primaire du transformateur se comporte comme une résistance de très faible valeur. 
alimentation du transformateur de decoupage
Alimentation du transformateur de découpage

C’est pourquoi on place un transistor en série sur le primaire du transformateur, qui fonctionnera comme un interrupteur, et cette façon de procéder va créer des amplitudes de tensions différentes aux bornes du transformateur, tantôt une valeur Umax tantôt à 0v. 
 
Ces variations de la valeur de la tension dans le temps permettent de faire fonctionner le transformateur. Il y a variation de courant donc variation de flux. 
transformateur de decoupage
Transformateur de découpage

transformateur de decoupage
Transformateur de découpage

Le TRANSISTOR de DÉCOUPAGE
Le transistor de découpage branché en série sur le primaire du transformateur, va comme on l’a dit se comporter comme un interrupteur. 
 
La tension issue du secteur est mise en forme et hachée, c’est-à-dire découpée en une série de petites impulsions. 
 
Le transistor est de type bipolaire mais le plus souvent de type MOSFET. 
 
La vitesse de découpage est produite par un oscillateur. 
decoupage tension avec transistor bipolaire
Découpage de la tension avec transistor bipolaire

decoupage tension avec transistor mosfet
Découpage de la tension avec transistor MOSFET

mosfet de decoupage
MOSFET de découpage

L'OSCILLATEUR
L’oscillateur produit le signal de découpage qui sera appliqué au transistor de découpage pour le faire fonctionner en commutation (ouverture, fermeture). 
 
Ce signal de plusieurs dizaines de kilohertz, découpe la tension appliquée aux bornes du transformateur en un train d’impulsions très fines qui vont produire de petites quantités d’énergie mais en très grande quantité de manière régulière, ce qui permet de réagir très vite aux sollicitations de l’appareil, puisque l’on surveille en permanence sa consommation. 
 
On agit sur le rapport cyclique de ce signal de plusieurs dizaines de kilohertz pour faire varier le temps de conduction du transistor. 
 
Plus le temps de conduction est élevé plus l’énergie produite est importante.
oscillateur
Oscillateur

oscillateurs
Oscillateurs

La PÉRIODE et la FRÉQUENCE d'un SIGNAL
La période
La période est la durée d'un signal qui se reproduit à l'identique dans le temps. 
Elle se mesure en unité de temps : «T».
periode d'un signal sinusoidal
Période d’un signal sinusoïdal

Reconnaître une période
Pour reconnaître une période il faut identifier sur un oscillogramme la forme du signal qui se répète régulièrement.
repetition de periodes sinusoidales
Répétition de périodes sinusoïdales

La fréquence
La fréquence d'un signal correspond au nombre de fois ou se reproduit le même signal, période, pendant un laps de temps d'une seconde.
frequence signal sinusoidale
Fréquence : Nombre de répétitions de périodes pendant 1 seconde

L'unité utilisée pour la désigner est le Hertz (Hz). 
 
La fréquence est notée «F». 
 
Exemple :  
La tension secteur est une tension sinusoïdale de fréquence 50 Hz, on peut dire également de 50 périodes. 
C'est à dire que dans ce cas le même signal se reproduit 50 fois par seconde. 
 
La période et la fréquence sont liées par la relation : «F=1/T ».
Calcul de la fréquence et d’une période
Si l'on reprend notre exemple :
frequence signal sinusoidale
Signal sinusoïdal

On observe que le même signal se reproduit 5 fois (périodes) en 1 seconde. 
 
La durée d'une période est égale à : T=1/F = 1/5 = 0,2s. 
 
La fréquence est égale à : F=1/T = 1/0,2 = 5 Hz.
Le rapport cyclique
L’oscillateur permet de commander le transistor de découpage.
oscillateur dans une alimentation a decoupag
L'oscillateur dans une alimentation à découpage

L’oscillateur travaille à une fréquence déterminée par le constructeur (> 20 Khz). 
Puisque la fréquence de découpage est fixe il faut pour ajuster en permanence la puissance délivrée par l’alimentation, agir sur un autre paramètre : le rapport cyclique. 
 
Le rapport cyclique ou modulation de largeur d’impulsion (PWM) permet d’ajuster le temps de conduction du transistor de découpage à fréquence fixe. 
 
Le signal appliqué au transistor de découpage n’est pas sinusoïdal mais en créneau.
signal en creneau
Signal en créneau

periodes d'un signal en creneau
Périodes d'un signal en créneau

Pour obtenir une puissance délivrée par l'alimentation plus ou moins importante, l'oscillateur agit sur le rapport cyclique du signal appliqué au transistor de découpage. 
 
Le rapport cyclique est le rapport entre le temps ou le signal se trouve à l’état haut sur la durée de la période. 
 
Ainsi plus le rapport cyclique est grand et plus le temps de conduction du transistor est important et plus la puissance délivrée par l’alimentation est grande et inversement. 
Le rapport cyclique s'exprime en pourcentage et correspond à une valeur comprise entre 0 et 1. 
 
Lorsque la durée ou le signal se trouve à l’état haut est égale à la durée ou la valeur du signal se trouve à l’état bas, le rapport cyclique est égal à 0,5. cela correspond à un rapport cyclique de 50%.
Exemple de rapport cyclique d’un signal
Rapport cyclique de 50% : la durée de l’état haut est égale à la durée de l’état bas.
rapport cyclique 50%
Rapport cyclique de 50%

Rapport cyclique de 25% : la durée de l’état haut est trois plus faible que la durée de l’état bas.
rapport cyclique 25%
Rapport cyclique de 25%

Rapport cyclique de 75% : la durée de l’état haut est trois plus grande que la durée de l’état bas.
rapport cyclique 75%
Rapport cyclique de 75%

Rappel : la fréquence du signal produit par l'oscillateur ne change pas, seul est modifié le rapport cyclique.
Les parties « HOT » et « COLD »
Dans une alimentation à découpage on considère deux parties : 
• La partie dénommée « HOT », 
• La partie dénommée « COLD ». 
 
Ces deux parties distinctes sont repérées sur le circuit imprimé de l’alimentation principale et sont séparées par une zone sans tracé suffisamment grande, pour réaliser une séparation électrique suffisante. 
parties cold hot cote composants
Parties « HOT » et « COLD » côté composants

parties cold hot cote soudures
Parties « HOT » et « COLD » côté soudures

parties cold hot cote composants
Parties « HOT » et « COLD » côté composants

parties cold hot cote soudures
Parties « HOT » et « COLD » côté soudures

La partie « HOT »
La partie « HOT » est la partie la plus dangereuse de l’alimentation, puisque cette partie est reliée au secteur, et dans laquelle les tensions et les puissances misent en jeu sont les plus importantes. 
 
Les blocs de l’alimentation qui font partie de la partie « HOT » sont : 
• La protection de l’appareil, 
• Le filtrage des parasites hautes fréquences, 
• Le redressement de la tension secteur, 
• Le lissage, filtrage de cette tension, 
• Le primaire du transformateur principal, 
• Le découpage de la tension par l’intermédiaire d’un transistor, grâce à un oscillateur pour permettre le fonctionnement du primaire du transformateur principal, 
• Le circuit de retour du feedback placée dans la partie « HOT », 
 
• La partie primaire du transformateur de « StandBy ».
La partie « COLD »
La partie « COLD » est la partie secondaire de l’alimentation où les tensions de sortie sont beaucoup plus faibles (12v, 24v,…) que dans la partie « HOT ». 
 
Les blocs de l’alimentation qui font partie de la partie « COLD » sont : 
• La production de tensions secondaires, par le secondaire du transformateur principal, 
• L’alimentation des étages par ces tensions secondaires, 
• Le lissage des tensions secondaires, 
• L’obtention de tensions continue aux secondaires, 
• La surveillance de la consommation de l’appareil par un circuit de feedback qui agit sur le rapport cyclique du signal de découpage appliqué au transistor, située dans la partie « COLD » 
 
• La partie secondaire du transformateur de « StandBy ».
schema blocs de l’alimentation
Schéma blocs de l’alimentation

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