Une alimentation électrique est un dispositif conçu pour fournir de l'électricité à un autre appareil, en utilisant un réseau électrique comme source. Les alimentations peuvent être plus ou moins complexes, selon les besoins de l'appareil qu'elles alimentent.
Types de Courant Électrique
Il existe deux formes principales de courant électrique : le courant continu (DC) et le courant alternatif (AC). Dans le courant continu, les électrons circulent dans le même sens, tandis que dans le courant alternatif, ils changent de sens à une fréquence très élevée.
- Courant Continu (DC) : Utilisé pour les appareils fonctionnant avec une batterie ou des piles, comme les smartphones et les ordinateurs portables.
- Courant Alternatif (AC) : Utilisé pour le transport d'électricité et dans les appareils électriques domestiques, comme l'éclairage et le chauffage.
Différents Types d'Alimentations
Il existe plusieurs types d'alimentations, chacune ayant des caractéristiques et des applications spécifiques. Voici les principaux types :
- Alimentation AC - DC : Convertit le courant alternatif du réseau en courant continu. Elle fait varier la tension du courant pour s’adapter aux besoins de vos différents appareils.
- Alimentation DC - DC : Modifie la tension du courant et change même la forme de l’onde si cela est nécessaire.
- Alimentation AC - AC : Peut abaisser la tension du réseau à la demande.
- Alimentation de Laboratoire : Permet d’alimenter des circuits électroniques expérimentaux et de réaliser des tests sur des intensités variées et différentes gammes de tensions.
Types d'Alimentations DC
Lors de la sélection d'une alimentation DC, l'une des premières questions à laquelle il faut répondre est quel type d'alimentation correspond le mieux à votre application. Il existe trois principaux types d'alimentations DC : linéaires, à découpage et à architecture mixte.
Alimentations Linéaires
Les alimentations linéaires régulées fournissent une tension de sortie très constante, de faibles niveaux de bruit et d'ondulation ainsi qu'une régulation rapide, même avec des transitoires en ligne et en charge élevées. Elles produisent beaucoup moins d'interférences électromagnétiques que les alimentations à découpage.
Un transformateur secteur classique isole la ligne électrique des circuits secondaires (étages de sortie). Il est suivi d'un redresseur qui fournit la tension non régulée à une série d'actionneurs. Une tension de référence très précise contrôle l'amplificateur de sortie analogique. Cet amplificateur est généralement rapide et permet des temps de recouvrement très courts pour les changements de charge.
Avantages des Alimentations Linéaires :
- Tension de sortie stable
- Faibles ondulation et bruit
- Idéales pour les dispositifs électroniques sensibles
Alimentations à Découpage (SMPS)
Les SMPS, par exemple la R&S®NGP800, ont une efficacité plus élevée que les alimentations linéaires régulées. Dans un premier temps, la tension de ligne est rectifiée. Du fait de la tension d'entrée élevée, des condensateurs tampons dotées de faibles capacités peuvent être utilisés. Cela se produit dans le transistor de commutation et ne nécessite que des bobines relativement petites et légères ou des transformateurs à faibles pertes. Le transistor de commutation est activé et désactivé entièrement, de sorte que les pertes de commutation soient faibles. La tension de sortie est généralement régulée en modifiant le rapport cyclique du transistor de commutation.
Avantages des Alimentations à Découpage :
- Efficacité plus élevée que les alimentations linéaires
- Utilisent un découpage à fréquence élevée pour la régulation de tension
- Nécessitent des composants plus petits
Alimentations à Architecture Mixte
Différentes combinaisons des conceptions de base précédentes sont utilisées. Par exemple, les alimentations R&S®NGE100B utilisent un transformateur secteur en entrée, suivi d'un redresseur et d'un circuit à découpage pour réguler la tension de sortie, fournissant ainsi une efficacité élevée. Un étage linéaire réduit les composantes indésirables du signal en sortie.
Avantages des Alimentations à Architecture Mixte :
- Combinent les fonctionnalités des conceptions linéaires et à découpage
- Efficacité améliorée
- Bruit réduit
Alimentations Deux et Quatre Quadrants
Si un courant circule dans la borne de tension positive, l'alimentation agit comme une charge électronique. Il s'agit d'une charge de puissance au lieu d'une fourniture de puissance. Les instruments qui fonctionnent à la fois comme une source et une charge peuvent simuler des batteries ou des charges; ils sont appelés alimentations deux quadrants (ou quatre quadrants). proposent une architecture deux et quatre quadrants. Les instruments commutent automatiquement du mode source au mode charge.
L'architecture des alimentations peut être entièrement définie en utilisant un système de coordonnées Cartésien. Les quatre quadrants illustrent toutes les combinaisons positives et négatives des tensions et courants. Comme mentionné précédemment, les alimentations standards génèrent généralement uniquement une tension de polarité positive (elles fonctionnent dans le premier quadrant), par exemple de 0 V à 20 V. Si une alimentation peut délivrer une tension positive ou négative sur ses bornes de sortie sans devoir commuter le câblage externe, elle correspond à une alimentation bipolaire et fonctionnera dans les quadrants 1 et 3, délivrant des tensions de -20 V à +20 V, par exemple. Les alimentations qui peuvent fonctionner dans les quadrants 1 et 3 proposent généralement aussi une fonctionnalité de charge pour les tensions et courants positifs et négatifs. Elles peuvent fonctionner dans les quatre quadrants et sont référencées comme des unités de source et de mesures (SMU).
Dans le premier et le troisième quadrant, le courant sort de la borne de tension; l'instrument est en source de puissance. Si un courant circule dans la borne de tension positive, l'alimentation agit comme une charge électronique; elle est en récupération de puissance au lieu de délivrer de la puissance. Les unités de source et de mesures (SMU) sont des alimentations qui peuvent fonctionner dans tous les quadrants; elles proposent aussi généralement des fonctionnalités de charge pour les tensions et courants positifs et négatifs.
Importance de la Stabilité de la Tension
Un circuit électronique complexe évolué est très sensible aux variations de tension sur les lignes d'alimentation. Afin de minimiser les interférences lors de l'alimentation de dispositifs sous test (DUT), les alimentations doivent délivrer des tensions et des courants de sortie extrêmement stables. Idéalement, une sortie ne présente pas de variations de tension. En pratique, il existe deux types de variations qui peuvent possiblement affecter le circuit ou le dispositif : des variations périodiques (ondulation) et des variations aléatoires (bruit), également référencées comme des déviations périodiques et aléatoires (PaRD).
La conception linéaire des étages de sortie permet de délivrer une tension à faible interférence aux conceptions sensibles telles que des semi-conducteurs complexes.
Options de Configuration des Sorties
Les sorties des alimentations spéciales peuvent être configurées de différentes manières. Par exemple, des paramètres tels que l'impédance de sortie, un retard à la mise sous tension et différents modes de déclenchement peuvent être réglés. Les alimentations doivent avoir une impédance de sortie aussi faible que possible pour éviter les effets de charge sur le DUT. Cependant, il existe des applications qui nécessitent la simulation de batteries de manière contrôlée, ou la simulation de l'augmentation de l'impédance interne comme pour les décharges de batteries.
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