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schema d'un chargeur basique

Hard du hard • Anatomie d'une alimentation xTX
schema d'un chargeur basique

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Ce que nous disions en introduction est d'autant plus vrai qu'avec la course permanente à la puissance de calcul, les dispositifs informatiques mis sur le marché depuis ces dernières années ont une fâcheuse tendance à consommer toujours plus de courant, ce qui sollicite davantage les alimentations ATX et creuse le fossé entre celles qui tiennent bien la route, et celles qui succombent lamentablement. D'ailleurs, beaucoup de questions sont posées autour de ces alimentations à découpage ATX. Et justement, le but de cet article est de répondre le plus clairement possible aux trois plus courantes :

 

  • Comment fonctionne ce type d'alimentation ? Donc là, bien sûr, ceux qui sont réfractaires à l'électronique ou même aux explications des principes électriques pourront passer leur chemin, parce qu'on ne se privera pas pour détailler la question, sans pour autant que ça devienne un cours d'électronique de puissance (qui n'est pas ce qu'il y a de plus sexy à apprendre dans le domaine). Mais ce sera indubitablement le point le plus technique.
  • Qu'en est-il du véritable rendement d'une alimentation ATX ? En gros, la question est de savoir pourquoi un boîtier annoncé avec une certaine puissance ne peut assurément pas transmettre cette puissance à la machine.
  • Y a-t-il une méthode à respecter quand on cherche à réparer un bloc d'alimentation ATX qui vient de tomber en panne ? Certaines pannes légères sont à la portée d'un non-électronicien, mais la plupart ne le sont pas. La réponse à ce point devrait vous donner quelques pistes à suivre si vous vous retrouvez dans cette situation.

 

Une fois que vous aurez parcouru l'article dans son intégralité, les choses devraient donc vous paraître un poil plus claires sur ces blocs d'alimentation.

 

Fonctionnement d'une alimentation à découpage

Tout d'abord, pourquoi parle-t-on de découpage ?

Si on prend le cas d'une de ces petites alimentations linéaires qui fait souvent office de chargeur, elles convertissent le 230V alternatif en une faible tension continue comme du 12V, 5V, etc... mais de par le fait qu'elles utilisent des régulateurs linéaires agissant comme une sorte de résistance variable, cela engendre une dissipation thermique très importante, avec pour conséquence un rendement plutôt passable.

 

schema d'un chargeur basique [cliquer pour agrandir]


Schéma électronique d'une alimentation linéaire basique composée d'un transfo, fusible, pont de diode, condensateurs et régulateur de tension.

On a 230V AC en entrée, et 5V DC en sortie.

 

Imaginez qu'avec un tel système linéaire, pour un PC qui consomme environ 400W, il faudrait une alimentation de quasiment 900W pour lui fournir l'énergie électrique dont il a besoin, et cette différence de 500W serait de la puissance thermique pure à évacuer. Et c'est sans compter la taille imposante des transformateurs nécessaires.

Mais fort heureusement est apparu dans les années 70 le concept de l'alimentation à découpage qui est aujourd'hui trèèèès largement répandu.

 

Le principe est de convertir la tension d'entrée (soit 230V alternatif) en une tension comprise entre 310V et 350V continu, puis de la hacher à haute fréquence pour en faire un train de minuscules impulsions de quelques microsecondes dont la moyenne lissée et filtrée donnera la tension requise en sortie. La notion de rapport cyclique est le rapport entre le temps de conduction de la tension et le temps d'une période de la forme en créneau (conduction + blocage).

 

pwm1

Ce schéma montre que pour une amplitude de tension de 5V max, on voit qu'un rapport cyclique de 50% donne une tension moyenne de 2,5V, là où 0% donne une tension nulle, et 75% donne 3,75V.

 

Le découpage de cette tension se fera à partir d'un transistor de puissance (bipolaire ou Mosfet selon la fréquence de hachage et la tension désirées). Il va jouer le rôle d'un interrupteur qui s'ouvre et se ferme plusieurs dizaines de milliers de fois par seconde. Il n'aura donc que 2 états, passant ou bloqué. Ce processus se produit à plusieurs dizaines de kHz (généralement la plage de fréquence est entre 30kHz et 100kHz), mais selon les applications on peut même se situer à une hauteur de plusieurs MHz.

 

bipolaire mosfet
Sur ce graphe, on voit que les transistors de puissance Mosfet sont assez répandus pour des tensions jusqu'à 200V, que les bipolaires sont confortables jusqu'à 500V et que pour des tensions au-delà de cette valeur, on préférera les transistors bipolaires à grille isolée (hybride MOSFET en entrée et bipolaire en sortie).

 

En théorie, pour limiter les pertes, on fait en sorte que courant et tension ne soient jamais présents en même temps aux bornes du transistor. Dans l'état passant, quand le courant le traverse, la tension doit être nulle, et inversement pour l'état bloqué. Mais en réalité, il subsiste quand même quelques pertes négligeables dues à l'ouverture, la conduction et la fermeture, mais qui sont infiniment plus faibles qu'en régime linéaire.

 

perte 1

 

Le fait de découper à des fréquences aussi élevées permet entre autres de réduire la taille des composants, car on manipule de petites quantités d'énergie. Il faut aussi savoir que la taille d'un transformateur est inversement proportionnelle à sa fréquence d'utilisation. En effet, à plus de 40 kHz, il n'y a besoin que d'un petit transfo pour fournir une bonne puissance.

A ce propos, si vous vous êtes déjà demandé pourquoi il y a des énormes transfos dans les amplis audio, c'est justement parce que dans le domaine de l'audio, on cherche le plus souvent à éviter de faire du découpage. En effet, le revers de la médaille de cette méthode est que le fait de hacher une tension continue à une fréquence aussi élevée nécessite de filtrer les parasites et ondulations électromagnétiques que cela engendre à cause des dizaines de milliers de variations de tension et de courant à chaque seconde. Et qui dit bruit parasite ou fort rayonnement électromagnétique dit incompatibilité avec la pureté d'un signal sonore.

Et c'est en grande partie le châssis de l'alim qui est utilisé comme blindage pour contenir ces interférences électromagnétiques et faire en sorte qu'elles ne viennent pas perturber l'environnement électrique voisin.



Un poil avant ?

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Les 28 ragots
Les ragots sont actuellement
ouverts à tous, c'est open bar !
par Un ragoteur blond d'Ile-de-France, le Mercredi 23 Mars 2016 à 22h53  
Non, il peut y avoir un courant sans tension et inversement :

- dans un fil : R=0 -> U=RxI=0 quelque soit I
- aux bornes d'un circuit ouvert (intérupeur/prise secteur...) : R=infini -> I=U/R=0 quelque soit U

(Il faut par contre un courant et une tension pour générer/consomer de la puissance)
par Ragoteur pas au courant d'Ile-de-France, le Jeudi 10 Décembre 2015 à 02h21  
Hello,
J'ai été interpellé par la phrase suivante en page 2:
"on fait en sorte que courant et tension ne soient jamais présents en même temps aux bornes du transistor."

Même avec la meilleure volonté du monde, je n'arrive pas à COMPRENDRE cette phrase (je précise tout de suite: je suis assez nul en électronique et en électricité hein !!).

Je n'arrive pas à comprendre parce que pour moi, dès qu'il y a un courant, il y a forcément une tension associée (et inversement), non ??

Si qqun avait la bonté d'âme d'éclairer un peu ma lanterne électrique.... :-)
par Reg24, le Jeudi 04 Juin 2015 à 11h27  
Article très intéressant.

Ayant de bonne connaissances en électricité, mais plus moyenne en électronique, si mon alim rend l'âme, je sais pas si je tenterais de la réparer, j'aurais peur de faire une mauvaise manip, et de tout cramer à la remise sous tension...
par MaXou, le Lundi 01 Juin 2015 à 12h03  
par Un ragoteur de Gaule d'Ile-de-France le Vendredi 29 Mai 2015 à 18h30
Bonne opération, je faisais le même genre de chose il y a bien longtemps sur les alims nonames fournies avec les boitiers. Je gardais le ventilo d'origine, simplement je mettais en série une résistance de 30 ohms environ, ou même un potentiomètre récupéré sur une vielle télé. En terme de bruit c'était le jour et la nuit.
Si vouloir remplacer le ventilo d'une alim Noname par un ventilo plus performant et silencieux est en soi une bonne idée, le brider pour diminuer les nuisances sonores l'est certainement beaucoup moins. Les Nonames ont par essence des composants dimensionnés avec pratiquement aucunes marges, tant sur les contraintes thermique qu'électrique. Étant donné que le rendement de ce type d'alim n'est pas fameux non plus, diminuer le flux d'air va surtout provoquer un vieillissement accéléré des semi-conducteurs et diminuer la fiabilité du bloc qui était déjà pas fameuse !
par neelrocker, le Lundi 01 Juin 2015 à 11h55  
Je posais la question non pas dans le cadre d'une réparation mais pour utiliser l'alim pour alimenter autre chose qu'un PC. Et en me renseignant sur ce besoin d'avoir une charge sur le 5V pour que l'alim démarre, j'ai parfois lu que faire tourner ces alim à vide pouvait les faire claquer, d'où ma question.

par Stéphane M., le Lundi 01 Juin 2015 à 11h38  
par neelrocker le Dimanche 31 Mai 2015 à 22h23
Est-ce qu'il y a un risque à tester cet éventuel besoin de charge pour le démarrage de l'alim ou bien au pire ça ne démarre pas (ou ne permet pas de tirer de courant sur le 12V) ?

(Dit autrement, peut-on tester sans charge sans risquer de griller l'alim ?)
Non il n'y a pas vraiment de risque important pour l'alim s'il n'y a pas de charge pour la lancer pendant votre test, mais avec certaines d'entres elles, si vous ne le faites pas, vous risquez par contre de passer à côté des vrais symptomes...
par neelrocker, le Dimanche 31 Mai 2015 à 22h23  
par Stéphane M. le Vendredi 29 Mai 2015 à 18h16
Il sera parfois nécessaire de « charger » l'alim (c'est à dire lui demander de la puissance) car certaines ATX ne démarrent pas sans une charge.
Est-ce qu'il y a un risque à tester cet éventuel besoin de charge pour le démarrage de l'alim ou bien au pire ça ne démarre pas (ou ne permet pas de tirer de courant sur le 12V) ?

(Dit autrement, peut-on tester sans charge sans risquer de griller l'alim ?)
par Pascal M., le Dimanche 31 Mai 2015 à 16h37  
par Un ragoteur macagneur de Rhone-Alpes le Dimanche 31 Mai 2015 à 09h38
Ok mais c'est quoi une alim XTX? jamais vu
Le x est une variable, cela signifie que cela concerne les blocs ATX, BTX, STX, TFX... Entre autres. Vu qu'on est un site de hardware, c'est plus parlant que de parler plus globalement d'alim à découpage.
par Un ragoteur macagneur de Rhone-Alpes, le Dimanche 31 Mai 2015 à 09h38  
Ok mais c'est quoi une alim XTX? jamais vu
par Un ragoteur sans nom de z d'Ile-de-France, le Samedi 30 Mai 2015 à 13h58  
chouette dossier !
par Un ragoteur qui aime les de Rhone-Alpes, le Samedi 30 Mai 2015 à 11h52  
par Un ragoteur macagneur embusqué le Samedi 30 Mai 2015 à 10h07
Félicitations pour cet article, je n'ai pas tout compris. Je vais donc le relire attentivement cela me changera des articles "publicitaires" trop souvent rencontrés (ailleurs).
C'est pour ce genre d'articles que je consulte ce site
Moi c'est plutôt pour les commentaires que je consulte car souvent, c'est là que se situe les idées (bonnes ou mauvaises). Il faudrait limite payer les gens pour commenter, à moins que ce ne soit déjà fait aux USA.
par Un ragoteur macagneur embusqué, le Samedi 30 Mai 2015 à 10h07  
Félicitations pour cet article, je n'ai pas tout compris. Je vais donc le relire attentivement cela me changera des articles "publicitaires" trop souvent rencontrés (ailleurs).
C'est pour ce genre d'articles que je consulte ce site