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Théorie de l'alimentation électrique non régulée
Parce que les alimentations électriques non régulées n'ont pas de régulateurs de tension intégrés, elles sont généralement conçues pour produire une tension spécifique à un courant de charge de sortie maximal spécifique. Ce sont généralement les chargeurs en bloc qui transforment le CA en un petit filet de CC et sont souvent utilisés pour alimenter des appareils tels que les appareils électroniques domestiques. Ce sont les adaptateurs d'alimentation les plus courants et sont surnommés un « bloc mural ».
La sortie de tension CC dépend d'un transformateur de réduction de tension interne et devrait être assortie aussi étroitement que possible au courant requis par la charge. Typiquement, la tension de sortie diminuera à mesure que le courant de sortie vers la charge augmente.
Avec une alimentation électrique CC non régulée, la tension de sortie varie avec la taille de la charge. Elle se compose généralement d'un redresseur et d'un lissage par condensateur, mais sans régulation pour stabiliser la tension. Elle peut avoir des circuits de sécurité et serait la meilleure pour les applications qui ne nécessitent pas de précision
Figure 4 : Schéma fonctionnel -- Alimentation linéaire non régulée
Les avantages des alimentations électriques non régulées sont qu'elles sont durables et peuvent être peu coûteuses. Elles sont cependant mieux utilisées lorsque la précision n'est pas requise. Elles ont une ondulation résiduelle similaire à celle montrée dans la Figure 3.
REMARQUE : Wavelength ne recommande pas d'utiliser des alimentations électriques non régulées avec l'un de nos produits.
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Théorie de l'alimentation électrique régulée
Une alimentation électrique CC régulée est essentiellement une alimentation électrique non régulée avec l'ajout d'un régulateur de tension. Cela permet à la tension de rester stable quelle que soit la quantité de courant consommée par la charge, à condition que les limites prédéfinies ne soient pas dépassées.
Figure 5 : Schéma fonctionnel -- Alimentation régulée
Dans les alimentations électriques régulées, un circuit échantillonne continuellement une partie de la tension de sortie et ajuste le système pour maintenir la tension de sortie à la valeur requise. Dans de nombreux cas, des circuits supplémentaires sont inclus pour fournir des limites de courant ou de tension, un filtrage du bruit et des ajustements de sortie.
Linéaire, à découpage ou à batterie ?
Il existe trois sous-ensembles d'alimentations électriques régulées : linéaires, à découpage et à batterie. Des trois conceptions de base d'alimentation électrique régulée, le linéaire est le système le moins compliqué, mais l'alimentation à découpage et à batterie ont leurs avantages.
Alimentation électrique linéaire
Les alimentations électriques linéaires sont utilisées lorsque la régulation précise et l'élimination du bruit sont les plus importantes. Bien qu'elles ne soient pas la source d'alimentation la plus efficace, elles offrent les meilleures performances. Le nom est dérivé du fait qu'elles n'utilisent pas d'interrupteur pour réguler la sortie de tension.
Les alimentations électriques linéaires sont disponibles depuis des années et leur utilisation est répandue et fiable. Elles sont également relativement sans bruit et disponibles commercialement. L'inconvénient des alimentations électriques linéaires est qu'elles nécessitent des composants plus grands, donc sont plus grandes et dissipent plus de chaleur que les alimentations électriques à découpage. Comparées aux alimentations électriques à découpage et aux batteries, elles sont également moins efficaces, affichant parfois seulement 50 % d'efficacité.
Alimentation électrique à découpage
Les alimentations électriques à découpage (SMPS) sont plus compliquées à construire mais ont une plus grande polyvalence en polarité et, si elles sont conçues correctement, peuvent avoir une efficacité de 80 % ou plus. Bien qu'elles aient plus de composants, elles sont plus petites et moins chères que les alimentations électriques linéaires.
Figure 6 : Schéma fonctionnel -- Alimentation à découpage régulée
L'un des avantages du mode à découpage est qu'il y a une perte plus petite à travers l'interrupteur. Parce que les SMPS fonctionnent à des fréquences plus élevées, elles peuvent rayonner du bruit et interférer avec d'autres circuits. Des mesures de suppression d'interférence, telles que le blindage et le suivi des protocoles de mise en page, doivent être prises.
Les avantages d'une alimentation électrique à découpage est qu'elles sont généralement petites et légères, ont une large plage de tension d'entrée et une plage de sortie plus élevée, et sont beaucoup plus efficaces qu'une alimentation linéaire. Cependant, un SMPS a des circuits complexes, peut polluer le secteur CA, est plus bruyant, et fonctionne à des fréquences élevées nécessitant une atténuation des interférences.
À batterie
L'alimentation à batterie est un troisième type d'alimentation électrique et est essentiellement une unité de stockage d'énergie. Bien qu'il y ait quelques avantages à l'alimentation à batterie, tels que ne pas avoir à dépendre d'une source d'alimentation à proximité et aucun bruit pour interférer avec l'électronique, dans la plupart des applications utilisant des diodes laser, les batteries sont la méthode la moins efficace d'alimentation de l'équipement. La plupart des batteries sont difficiles à faire correspondre la bonne tension à la charge. Utiliser une batterie qui peut dépasser la dissipation de puissance interne du pilote ou du contrôleur peut endommager votre appareil.
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Sélectionner une alimentation électrique
Lorsque vous choisissez une alimentation électrique, il y a plusieurs exigences qui doivent être considérées.
- Les exigences de puissance de la charge ou du circuit, y compris
- Les caractéristiques de sécurité telles que les limites de tension et de courant pour protéger la charge.
- La taille physique et l'efficacité.
- L'immunité au bruit du système.
Spécifications importantes
Bien que toutes les spécifications d'alimentation électrique soient précieuses, certaines sont plus critiques que d'autres. Quelques spécifications à noter sont :
Courant de sortie : Le courant maximal qui peut être fourni à la charge.
Régulation de charge : La régulation de charge est à quel point le régulateur peut maintenir sa sortie avec un changement de courant de charge, et est généralement mesurée en millivolts (mV) ou comme une tension de sortie maximale.
Bruit & Ondulation : Le bruit est toute interférence électronique ajoutée et indésirable, et l'ondulation est la petite variation de tension lorsque le CA est transformé en CC. Ceux-ci sont généralement combinés en une mesure. Dans les alimentations électriques à découpage, la mesure est donnée en crête à crête, montrant l'étendue des pics de bruit qui proviennent du découpage.
Protection contre les surtensions : Parfois les tensions de sortie peuvent dépasser leurs valeurs nominales et peuvent endommager la charge. La protection contre les surtensions est un circuit qui éteint l'alimentation électrique si les limites de tension sont dépassées.
Protection contre les surcharges : La protection contre les surcharges est une mesure de sécurité utilisée pour prévenir les dommages en cas de court-circuit ou d'événement de surintensité. Tout comme le disjoncteur dans une maison, la protection contre les surcharges éteint l'alimentation électrique afin que la charge ne soit pas endommagée.
Efficacité : L'efficacité est le rapport de la puissance qui est tirée du réseau électrique qui est efficacement convertie en puissance CC. Une bonne alimentation électrique SMPS fonctionnera avec au moins 80 % d'efficacité et, avec une conception de système appropriée, peut fonctionner à des taux encore plus élevés. Un système efficace réduira la génération de chaleur et peut économiser de l'énergie.
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Bruit & Ondulation
Le bruit et l'ondulation sont dérivés de la transformation du CA en CC et sont le sous-produit du redressement et du découpage, entre autres. Ce sont des spécifications importantes à noter parce qu'elles peuvent affecter négativement l'instrumentation sensible. Si le bruit et l'ondulation sont très élevés, les petits signaux peuvent être submergés ou la durée de vie du matériel peut être considérablement raccourcie. Cela dit, le bruit et l'ondulation peuvent être pratiquement éliminés avec une alimentation électrique de haute qualité.
Pendant la conversion du CA en CC, l'onde sinusoïdale alternée ne peut pas être complètement supprimée. Les petites variations de tension résultantes sont appelées ondulation. De nombreuses fois, la quantité de fluctuation dépend de la façon dont l'alimentation électrique est assortie à la charge.
Le bruit est les ajouts indésirables qui se produisent en dehors de l'ondulation normale. Il vient de nombreuses autres sources, y compris le découpage et le bruit électronique généré en dehors de l'alimentation électrique, comme provenant de l'électronique à proximité. Le bruit se produit généralement en conjonction avec l'ondulation et est beaucoup plus variable et imprévisible. Le bruit de découpage se produit généralement à des fréquences très élevées.
La figure 7 est un exemple de bruit (créé par le découpage) et d'ondulation dans une alimentation électrique de qualité moyenne.
Figure 7 : Ondulation & Bruit pour Alimentation régulée, à découpage, Représentatif d'une alimentation de qualité moyenne
La figure 8 illustre le potentiel de bruit dans une alimentation électrique linéaire régulée. Bien que beaucoup moins que l'ondulation d'une alimentation à découpage régulée, cela peut encore être suffisamment important pour masquer les données.
Figure 8 : Ondulation & Bruit pour Alimentation régulée, linéaire, Représentatif d'une alimentation de qualité moyenne
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