Alimentations linéaires ou à découpage : quelle est la différence ?

Les alimentations linéaires et à découpage sont utilisées pour alimenter les appareils électroniques. Apprenez leur différence, comment ils fonctionnent et quand les utiliser dans cet article !

Vous utilisez probablement un smartphone, un ordinateur portable ou un ordinateur personnel au quotidien. Ces appareils électroniques utilisent du courant continu (DC) pour fonctionner. Cependant, étant donné que les foyers sont normalement alimentés par des courants alternatifs (CA) à haute tension, vous devrez abaisser la tension et convertir le CA en CC en utilisant une alimentation telle que votre bloc d'alimentation ou votre chargeur.

Les alimentations les plus couramment utilisées aujourd'hui sont l'alimentation linéaire et à découpage. Savoir lequel utiliser pour des applications spécifiques assurera la sécurité et le fonctionnement optimal de vos appareils électroniques.

Continuez à lire ci-dessous pour une comparaison entre les alimentations linéaires et à découpage.

Les alimentations linéaires et à découpage sont des appareils électriques utilisés pour alimenter et charger des appareils électroniques à courant continu. Ces appareils sont chargés de faire deux choses : abaisser la tension et convertir le courant alternatif en courant continu. Bien que les deux appareils abaissent et redressent la puissance, la différence dans la manière dont ils accomplissent ces tâches les rend mieux adaptés à certaines applications.

Une alimentation linéaire est un dispositif utilisé dans les opérations à faible bruit et de précision. Son utilisation de transformateurs lourds et de filtres analogiques permet à cette alimentation de produire des tensions propres au prix d'un faible rendement, d'un poids plus lourd et d'une plus grande taille. Les alimentations linéaires sont mieux utilisées dans les équipements d'enregistrement, les instruments de musique électriques, les équipements médicaux et les outils de mesure de laboratoire de haute précision.

Une alimentation à découpage ou à découpage (SMPS) est utilisée pour les opérations à haut rendement et à courant élevé. Contrairement aux alimentations linéaires, les alimentations à découpage utilisent des composants à semi-conducteurs pour moduler et réguler les tensions entrantes. Ces alimentations reposent sur une commutation haute fréquence à l'aide de transistors de puissance, ce qui les rend bruyantes mais très économes en énergie, légères et compactes. Les alimentations à découpage sont souvent utilisées dans les ordinateurs, les chargeurs de téléphone, les équipements de fabrication et de nombreux appareils électroniques basse tension.

Utilisant des composants purement analogiques disponibles dans les années 50, les alimentations linéaires devaient s'appuyer sur des transformateurs de puissance lourds et des condensateurs électrolytiques volumineux pour abaisser et redresser les tensions. Bien que les transistors aient déjà été produits en série à l'époque, les tensions alternatives élevées produisaient tout simplement trop de chaleur pour que les transistors puissent les gérer.

Voici un schéma d'une alimentation linéaire :

Une alimentation linéaire fonctionne en trois étapes :

Étape 1:Abaissez la haute tension CA entrante grâce à l'utilisation d'un transformateur.

Étape 2:La tension abaissée passe ensuite par un redresseur en pont complet, qui redresse la tension alternative en tensions continues pulsées.

Étape 3: Les signaux de tension continue pulsés traversent un filtre composé d'inductances et de condensateurs. Ce filtre de lissage supprime les fluctuations de signal d'une tension continue pulsée, ce qui les rend utilisables pour les appareils électroniques délicats.

Les alimentations à découpage sont des dispositifs complexes qui utilisent des composants à semi-conducteurs pour effectuer une commutation de puissance à haute fréquence et un transformateur à noyau de ferrite plus petit. Ces types d'alimentations peuvent augmenter et diminuer les tensions en utilisant une boucle de rétroaction CC pour contrôler les tensions de sortie.

Voici comment ils fonctionnent :

Étape 1 : Le courant alternatif haute tension entre dans l'alimentation par un module de protection de circuit composé d'un fusible et d'un filtre CEM. Le fusible sert à la protection contre les surtensions et le filtre CEM protège le circuit des ondulations de signal provenant du courant alternatif non filtré.

Étape 2: Après s'être assuré que le circuit est bien protégé, le courant alternatif haute tension passe ensuite à travers le deuxième module composé d'un redresseur en pont complet et d'un condensateur de lissage. Le redresseur en pont complet convertit le courant alternatif en courant continu pulsé, qui est ensuite lissé par un condensateur.

Étape 3: Le courant continu haute tension est ensuite envoyé via un pilote PWM, qui prend en compte et contrôle un MOSFET de puissance qui régule la tension par commutation haute fréquence. La commutation transforme également le courant continu continu en une onde carrée.

Étape 4:L'onde carrée CC entre maintenant dans un transformateur à noyau de ferrite, transformant les signaux en ondes carrées CA.

Étape 5 : Les ondes carrées AC passent à travers un pont redresseur, convertissant le signal en DC pulsé puis le faisant passer à travers un filtre de lissage. La sortie finale est ensuite utilisée pour envoyer des signaux au pilote PWM, qui crée une boucle de rétroaction qui régule les tensions de sortie.

Il existe différentes raisons pour lesquelles une alimentation est choisie pour être utilisée dans des applications spécifiques. Ceux-ci incluraient souvent l'efficacité, le bruit, la fiabilité et la réparabilité, la taille et le poids, et le coût. Maintenant que vous avez une idée générale de leur fonctionnement, voici comment leur façon de traiter l'énergie affecte leurs performances et leur facilité d'utilisation dans certaines applications.

Étant donné que l'électricité doit passer par une série de composants électriques et électroniques, le processus de redressement et de régulation des tensions présentera toujours des inefficacités. Mais combien?

Selon leur classement, les alimentations à découpage peuvent avoir un rendement de 80 à 92 %. Cela signifie que votre appareil peut produire 80 à 92 % de l'énergie que vous y avez mise. Son efficacité provient de l'utilisation de composants plus petits mais efficaces qui régulent les tensions par une commutation basse tension haute fréquence.

En revanche, une alimentation linéaire ne peut avoir qu'une efficacité énergétique de 50 à 60 % en raison de son utilisation de composants plus gros et moins efficaces.

Bien qu'inefficaces, les alimentations linéaires compensent leurs inefficacités grâce à leurs sorties de signal stables, propres et à faible bruit. L'utilisation de composants analogiques par une alimentation linéaire leur permet de traiter l'électricité de manière fluide et sans commutation, ce qui rend leur sortie à faible ondulation ou à faible bruit.

D'autre part, les alimentations à découpage reposent sur la commutation haute fréquence de basses tensions pour réduire la chaleur, avoir de meilleurs rendements et produire beaucoup de bruit ! La quantité de bruit de signal dépend de la conception et de la qualité de l'alimentation à découpage spécifique.

La taille et le poids d'une alimentation peuvent fortement affecter son application sur des appareils électroniques plus petits. Les alimentations linéaires utilisant des composants lourds et encombrants, leur utilisation sur des appareils électroniques discrets est impossible à moins d'utiliser l'alimentation comme chargeur.

Quant aux alimentations à découpage, puisqu'elles utilisent des composants petits et légers, elles peuvent être conçues pour être suffisamment petites pour être intégrées dans des appareils déjà plus petits. Le faible poids et la petite taille d'une alimentation à découpage, combinés à son efficacité énergétique, la rendent applicable à la grande majorité des appareils électroniques portables.

Avec moins de pièces susceptibles de se casser pendant le fonctionnement, les alimentations linéaires offrent des sorties cohérentes et fiables. La simplicité de conception et d'utilisation des composants électroniques les plus courants facilite l'approvisionnement en pièces et la réparation des fournitures linéaires.

Ayant des composants plus délicats de manière significative, les alimentations à découpage sont plus susceptibles de se casser avant une alimentation linéaire. Cependant, une bonne conception et l'utilisation de composants de qualité peuvent rendre les alimentations à découpage très fiables, peut-être même aussi fiables que les alimentations linéaires. Le vrai problème des alimentations à découpage est qu'elles sont de plus en plus difficiles à réparer à mesure que leur conception est complexe.

Dans le passé, les alimentations linéaires étaient les dispositifs les plus rentables en raison de leur conception simple et de l'utilisation de moins de composants. Cela n'a pas non plus aidé que la fabrication de composants semi-conducteurs soit coûteuse. Cependant, les semi-conducteurs étant plus demandés, les fabricants ont pu évoluer et rendre les composants à semi-conducteurs exponentiellement moins chers qu'auparavant. Ceci, à son tour, rend de nombreuses conceptions d'alimentations à découpage plus rentables que les alimentations linéaires.

C'est donc à peu près tout ce que vous devez savoir sur les alimentations linéaires et à découpage. Pour garantir la sécurité de vos appareils électroniques, utilisez toujours les chargeurs d'origine fournis avec l'appareil, mais s'ils ne sont pas disponibles, vous pouvez toujours acheter un adaptateur secteur.

Avant d'acheter, rappelez-vous que les alimentations linéaires sont idéales pour l'électronique utilisée pour des applications de précision telles que les instruments de musique électriques, les radios et les outils médicaux, tandis que les alimentations à découpage sont utilisées pour des situations à haut rendement telles que les alimentations d'ordinateurs, les chargeurs et l'éclairage.

Désireux d'apprendre comment les choses fonctionnaient, Jayric Maning a commencé à bricoler toutes sortes d'appareils électroniques et analogiques au début de son adolescence. Il a étudié la médecine légale à l'Université de Baguio, où il s'est familiarisé avec la criminalistique informatique et la cybersécurité. Il fait actuellement beaucoup d'auto-apprentissage et de bricolage avec la technologie, découvrant comment cela fonctionne et comment nous pouvons l'utiliser pour rendre la vie plus facile (ou du moins plus cool !).