Comment fonctionne une alimentation électrique ?

L’alimentation électrique constitue le cœur de tout système électronique ou machine. Dans cet article du BLOG, nous vous expliquons comment fonctionne une alimentation électrique à un niveau très basique. Vous en apprendrez aussi davantage sur la différence entre un convertisseur AC/DC et un convertisseur DC/DC. 

Vers une tension DC, étape par étape

En observant le diagramme AC (voir graphique 2), nous constatons une onde sinusoïdale, ce qui implique que la tension change en permanence sa polarité. La fréquence dans ce graphique est décrite en Hertz (Hz). Une fréquence de 50 Hz signifie que la tension change sa polarité 50 fois par seconde.

Au début, la tension AC élevée est convertie en tension AC inférieure par un transformateur (voir graphique 3). Le transformateur assure une isolation galvanique et ainsi la sécurité. Le circuit primaire (tension secteur dangereuse, p. ex. 230 V) et le circuit secondaire (tension sûre, p. ex. 24 V) sont séparés l’un de l’autre.

Étant donné que la majorité des appareils nécessitent une tension DC côté entrée, la tension AC sera rectifiée à la prochaine étape. Le résultat de ce processus est illustré dans le diagramme DC (voir graphique 4). Après le processus de rectification, seule la polarité positive est visible, réalisée par un pont redresseur.

Graphique 2 : courbe sinusoïdale d’une tension AC.

Graphique 3 : d’abord, la tension AC élevée (100-240V) est convertie en une tension inférieure.

Graphique 4 : courbe d’une tension DC.

Graphique 5 : courbe d’une tension DC lissée.

Comment obtenir une tension DC stable à la sortie ?

Le processus de rectification ne suffit pas pour obtenir une tension DC stable. Les pics culminants dans la courbe DC nécessitent d’être lissés. Ceci s’effectue par le biais d’un condensateur de sortie situé dans l’alimentation électrique. Le condensateur peut stocker de l’énergie très rapidement, qu’il répartit entre les 2 pics. Ce processus comble les vides dans une certaine mesure et lisse la courbe. Il en résulte une tension DC stable à la sortie (voir graphique 5) alimentant la charge, « charge » désignant l’appareil, le système ou la machine ayant besoin d’être alimenté en énergie.

Voici comment fonctionne un convertisseur AC/DC, d’un point de vue très basique. Mais que se passe-t-il en cas de tension DC à l’entrée de l’alimentation électrique ?

Qu’est-ce qu’un convertisseur DC/DC ?

Un « convertisseur DC/DC » est un terme générique large qui inclut différents types de composants et appareils, allant d’un minuscule convertisseur embarqué jusqu’à un appareil industriel autonome. Les explications suivantes s’appliquent à la dernière catégorie, puisque PULS est spécialisé dans ce type de produits.

DC surélevée ou abaissée

Les convertisseurs DC/DC industriels peuvent être utilisés pour de nombreuses tâches. L’une d’elle consiste à convertir une tension DC existante en une tension DC inférieure ou supérieure, p. ex. l’augmenter de 12 V DC à 24 V DC ou l’abaisser de 48 V DC à 24 V DC.

Rafraîchir une tension DC

Les convertisseurs DC/DC fournissant la même tension à la sortie qu’à l’entrée sont utilisés pour rafraîchir la tension DC. Ceci peut être nécessaire dans des applications avec un long câble. On sous-estime souvent la chute de tension sur les câbles électriques.

Endroits distants et véhicules

De plus, les convertisseurs DC/DC sont utiles lorsque la source d’énergie fournit une tension DC, comme une batterie ou un panneau solaire, par exemple. Par conséquent on a souvent recours aux convertisseurs DC/DC dans des endroits distants ou à bord de trains et d’autres moyens de transport avec leur propre système électrique embarqué.

Regions with unstable mains quality Régions caractérisées par une tension secteur instable

De nombreuses usines travaillent avec une alimentation 200-300 V DC en interne, notamment dans des pays où la qualité du secteur est très instable (p. ex. Inde, Malaisie, etc.). Dans l’industrie des semi-conducteurs, par exemple, des usines entières sont alimentées en DC. En cas de défaut de puissance, de grandes batteries prennent le relais, évitant ainsi l’élimination de lots entiers. Ainsi de nombreux convertisseurs AC/DC industriels peuvent aussi fonctionner avec une tension DC élevée (p. ex. 110-150 V DC et même supérieure à 300 V DC) à l’entrée.

Graphique 6 : fonctionnalité d’un convertisseur DC/DC industriel

Comment fonctionne un convertisseur DC/DC ?

Un convertisseur DC/DC industriel apporte la tension DC existante à l’entrée. Ensuite, tout comme avec le convertisseur AC/DC, un transformateur assure l’isolation galvanique et la tension est augmentée ou abaissée à la tension de sortie requise. L’isolation galvanique garantit l’isolation de l’entrée et de la sortie de l’alimentation électrique. Ceci est important pour provoquer la rupture des boucles de masse et garantir toutes les mesures de sécurité nécessaires.

Puis la tension est à nouveau lissée. À la sortie, l’appareil délivre une tension DC stabilisée et isolée de manière galvanique avec un niveau de tension supérieur, inférieur ou rafraîchi.

Cet article du BLOG explique le fonctionnement des alimentations électriques comme convertisseurs, d’un point de vue très général. Cependant, il existe différents types d’alimentations électriques qui se basent sur différentes technologies : les alimentations électriques à découpage modernes sont bien plus complexes et offrent de nombreuses caractéristiques supplémentaires allant au-delà du processus actuel de conversion de tension.

Nous développerons ce sujet dans l’un de nos prochains articles du BLOG.