Fonctionnement d’une alimentation – Page 13

Origine du problème nécessitant une correction

Dans une alimentation, la première étape consiste à redresser la tension alternative du réseau en une source continue destinée à alimenter l’étage de découpage. Cette source continue n’est pas constante et doit donc être lissée grâce à un ou deux gros condensateurs pour alimenter au mieux et ne pas stresser les transistors. Pour expliquer l’origine du problème posé, on prend l’exemple d’une alimentation à un seul condensateur réservoir C et sans PFC évidemment :

Comme on l’a vu précédemment, le condensateur C fournit l’énergie nécessaire au découpage, donc la tension à ses bornes va décroître au fur et à mesure qu’il libère l’énergie emmagasinée. Comme la fréquence du réseau (50 Hz) est très petite devant celle du découpage (32-100 kHz), il faut un condensateur suffisamment gros pour assurer l’approvisionnement en énergie d’un grand nombre de cycles de découpage en attendant que la tension sinusoïdale du réseau ne remonte suffisamment haut pour le recharger.

A 100 kHz, on a 100000 impulsions par seconde à générer, or la tension redressée mettra 10 ms à revenir à un niveau identique pour recharger le condensateur. Celui-ci doit donc fournir l’énergie pour environ 1000 impulsions en complète autonomie (en fait c’est un peu moins car lors du rechargement on pourra tirer du réseau directement). Voici ce qu’il se passe une fois connecté au réseau :

Chargé initialement à 325 V, le condensateur se décharge lentement dans l’étage de découpage à partir du moment où la tension d’entrée commence à diminuer (point n°1). Quand la tension redressée remonte à l’alternance suivante, il aura peut être perdu 20 V juste avant de se recharger (point n°2). Entre ces 2 points, le condensateur est autonome et c’est à lui seul de fournir l’énergie à l’étage de découpage. Il doit donc être bien dimensionné pour pouvoir tenir la pleine charge pendant qu’il est coupé du réseau et pendant un certain temps (supérieur à 10 ms). Avant ce point n°2, la tension d’entrée n’est pas supérieure à celle aux bornes du condensateur, il ne se passe rien, mais dès qu’elle la dépasse, le condensateur se charge à très grande vitesse. Puisqu’il n’est jamais entièrement déchargé, la tension doit grimper très haut (quasiment au maximum) pour commencer son rechargement. Celui-ci dure alors très peu de temps, la tension du réseau redescend très vite et le cycle recommence.

Ces cycles de charge très brefs provoquent des appels de courants brutaux sous forme de pics (en rouge). Ces pics représentent l’allure du courant tiré du réseau. Il n’est plus du tout sinusoïdal, ni même en phase avec la tension. Cette déformation devra donc être corrigée par un module PFC pour retrouver un courant d’allure sinusoïdale et en phase (en rose).

Ces appels brutaux de courant génèrent de la pollution électrique avec l’apparition des courants harmoniques. Ca engendre aussi des interférences électromagnétiques car les variations et les transitions des signaux sont extrêmement rapides. Par rapport à une solution avec PFC actif, ça provoque un peu plus de pertes sur les éléments situés avant le condensateur car le courant est élevé lors des pics, or on sait que les pertes évoluent en I². Et enfin, ça stresse le réseau car on appelle un courant élevé, ce qui implique de surdimensionner les installations électriques. Ca pose surtout des problèmes dans le cas où on a plein d’ordinateurs sans PFC dans un bureau par exemple. A chaque alternance, le pic de courant total sera très grand puisqu’il se fait en même temps sur toutes les machines. Si l’on disposait de PFC actifs sur toutes ces machines, la demande de courant serait plus faible et bien plus étalée dans le temps.

On distinguera 2 techniques pour corriger l’allure du courant issu du réseau : la correction passive et active. On prendra 2 exemples qu’on étudiera brièvement avec le module passif d’une LC Power 550 W et le module actif d’une Tagan U01 420 W.