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Comment découpe-t-on une tension ?

Pour découper la tension, on n'utilise rien d'autre qu'un interrupteur qui va s'ouvrir et se fermer très rapidement. Cet interrupteur électronique est un transistor (technologie bipolaire ou MOSFET) que l'on pilotera tout simplement en ouverture et en fermeture (régime de commutation). Le processus se fait à une fréquence de plus de 20 kHz pour être au dessus des fréquences audibles par l'homme. En général, on se trouve entre 32 et 100 kHz, mais ça peut monter beaucoup plus haut vers le mégahertz suivant l'application. C'est d'ailleurs ce que l'étage d'alimentation d'un processeur fait en découpant le 12 V à près de 500 kHz pour sortir une tension stabilisée entre 1 et 2 V avec un très fort courant, quelles que soient les conditions.

Pour éviter les pertes inutiles, il suffit simplement de ne pas avoir la tension et le courant en un même point au même instant. Ici, l'interrupteur n'a que 2 états, soit il laisse passer le courant (état passant) soit il l'empêche de passer (état bloqué), donc théoriquement la tension et le courant ne sont jamais présents en même temps. Quand le transistor est bloqué, le courant qui le traverse est nul et quand il est passant, la tension à ses bornes est nulle (toujours en théorie). En réalité, le transistor n'est pas parfait et occasionne des pertes à son ouverture et sa fermeture car ce n'est pas instantané (pertes par commutation) et aussi lorsque le courant le traverse car il a une résistance très faible mais pas nulle (pertes par conduction).

Au final, les pertes occasionnées aux transistors en régime de commutation sont quand même infiniment plus faibles qu'en régime linéaire pour le régulateur. Voici l'illustration du phénomène décrit au dessus :


Pour réduire les pertes au maximum, une alimentation à découpage utilisera donc des éléments non dissipatifs (en théorie) du genre transformateur, inductance, interrupteurs électroniques, condensateurs. Alors qu'un système linéaire permet un rendement de 25-50 %, les meilleures alimentations à découpage (tous domaines confondus) permettent d'atteindre 70 à 95 % !

Le fait de découper à haute fréquence est important car plus on découpe vite, plus on peut réagir vite face aux sollicitations extérieures, plus on manipule de petites quantités d'énergie et plus on peut réduire la taille des composants. Pour un transformateur, sa taille est inversement proportionnelle à sa fréquence d'utilisation. C'est pour cela qu'on trouve des monstres (transformateurs toriques très lourds) dans les amplificateurs audio pour éviter le découpage car ça implique de filtrer les nombreux parasites générés (ça coûte cher) et les audiophiles n'aiment pas vraiment les parasites. On peut aussi réduire la valeur des condensateurs et l'encombrement des autres éléments car on travaille sur de toutes petites quantités en un temps donné. A 50 kHz, un tout petit transformateur suffit à fournir une grosse puissance sans problème. Les alimentations à découpage permettent alors d'avoir des puissances volumiques en W/cm3 (rapport puissance/encombrement) très élevées car les éléments ne prennent pas trop de place et on peut sortir des grosses puissances.

A priori, le découpage apparaît donc comme une solution idéale, mais il a des inconvénients notables au niveau de la compatibilité électromagnétique notamment. Outre le fait que ce soit bien plus complexe et plus cher à faire qu'une alimentation linéaire, le découpage engendre un tas de parasites et une ondulation qu'il est impératif de filtrer en sortie (normes sévères là dessus). Découper très vite génère des pics et des variations ultra rapides de la tension et du courant, et qui dit variations rapides dit interférences et rayonnements électromagnétiques. Ces parasites prennent la forme d'interférences électromagnétiques (EMI) rayonnées ou réinjectées par conduction dans les fils vers le réseau. Il faut absolument les contenir et les atténuer pour éviter de polluer l'environnement électrique proche.

Pour le premier type, le châssis en acier agit comme un blindage pour atténuer les émissions radiofréquences qui peuvent perturber la réception de la TV ou de la radio par exemple. Le deuxième type est plus compliqué à gérer car il faut mettre en place des filtres en ligne pour les absorber. Ces filtres sont évidemment présents dans les bonnes alimentations et souvent de manière incomplète dans les alimentations bas de gamme pour réduire les coûts. Ils protègent aussi bien l'alimentation du bruit électrique qui circule sur le réseau, que le réseau des parasites hautes fréquences générés par le découpage, ça marche dans les 2 sens.


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Commentaires
So Nice 30/11/2005 00:43
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So Nice
Citation :à l'aide d'un transformateur, le redressent grâce à un pont de diodes, le lissent grâce à un condensateur et le régulent (pas toujours le cas) pour fournir du 12 V continu par exemple. C'est un système très simple


ah vi dit comme ça c'est simple... google+pont de diodes pour moi quand même :cry:
boub popsyteam 30/11/2005 01:05
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boub popsyteam
J'apprecie et j'applaudis ce début d'article !

On se raproche -un peu- de la technicité d'un x86-secret ;)

Peut etre trop pour le "grand-public" bien present sur PPC tout de même.
(cf commentaire ci dessus)

Un petit glossaire serait pas mal :)

PS: Je ne critique pas le grand public chacun a des connaissances dans son domaine ;)
joce 30/11/2005 02:21
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joce
perso je trouve que c'est très au dela d'un x86 secret :)
Ca touche plus au domaine de l'analogique, que je trouve bien plus complexe et qui demande plus de base que le digital et ce qui touche au software, domaines dans lesquels x86-secret a fait pas mal d'articles très bons.
geo17 30/11/2005 06:58
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geo17
Très bon article, bravo. Peut être utilisé comme support de cours pour le supérieur cours et moyen.
Guilhem 30/11/2005 07:37
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Guilhem
c'est exactement, ce que j'etais en train de me dire: ça ressemble à un de mes cours d'il y a uelques années loool.
HumanLock 30/11/2005 08:02
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HumanLock
Je suis pas sur que tout le monde est compris le rôle d'un optocoupleur, ni son fonctionnement. Rigolo de dire diode "shottky", j'disais pas ça moi

De la a dire que ça vaut un cours, attention Géo il manque pas mal de choses pour un cour y'a des éléments et une explication c'est tout.
drouvre 30/11/2005 08:09
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drouvre
Excellent artcile :jap:
joce> oui, tout à fait :)
Un graphe sur le redressement aurait été un petit plus :) (celui de la page 4 montre tout juste une alternance redressée)
klug88 30/11/2005 09:33
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klug88
Merci pour cet excellent article.

J'espère que la seconde partie donnera les mehodes de tests électroniques des différentes parties d'une alim. qui a eu trop chaud ;-))

COOL!!!!

Klug88
christophe_d13 30/11/2005 09:48
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christophe_d13
Florian c> Globalement un très bon article pour le néophyte voulant se tenir informé des techniques employées.
La conclusion reste la partie la plus importante pour tous.
Gaetan A 30/11/2005 09:51
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Gaetan A
Très intéressant :)
drouvre 30/11/2005 10:05
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drouvre
moi j'ai bien aimé dans l'intro, le passage ou il crame sa noname en 5 secondes avec 3DMark [:lol2]
edy 30/11/2005 10:33
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edy
J'ai bien aimé l'article, je ne m'était jamais posé la question sur l'alim alors que j'ai fait (il y a longtemps) de l'éléctro.
Grâce à lui je vient de déterminer (théoriquement) les composants responsables du mauvais fonctionnement de 2 alim que j'ai en stock.
Plutôt cool.
fourbe 30/11/2005 11:21
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fourbe
magnifique article. Ca rappelle des bons et des très mauvais souvenirs (notament l'optocoupleur qui était un élément essentiel sur mon thème de bac).
Mais sinon, le sujet est très bien traité meme si il s'addresse quand meme a des utilisateurs précis.

bravo ! a quand la suite.

ps: je dois changer d'alim (mon 3,3v déconne, il tombe très souvent a 2,9v). J'ai besoin de 380W max, plutot silencieux. Je change aussi le boitier. Budget 150€ Maxi, vous me conseillez quoi ?
biniou 30/11/2005 11:25
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biniou
fiumorbo a écrit :

ps: je dois changer d'alim (mon 3,3v déconne, il tombe très souvent a 2,9v). J'ai besoin de 380W max, plutot silencieux. Je change aussi le boitier. Budget 150€ Maxi, vous me conseillez quoi ?



SeaSonic S12 ?
tompouss 30/11/2005 11:27
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tompouss
article très intéressant mais faut déjà avoir des serieuses connaisances en éléctronique pour piger...

quand je vois le nombre de magasins d'informatique qui sont à la ramasse dans le domaine et qui vendent une alim noname pour un pc de fou (une alim c'est une alim, comme dit un vendeur près de chez moi), ils feraient bien d'evoluer et de lire cet article

sinon juste par curiosité le gars qui a écrit l'article est ingénieur?
fourbe 30/11/2005 11:30
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fourbe
phrancque a écrit :

sinon juste par curiosité le gars qui a écrit l'article est ingénieur?



le BTS electronique suffit largement.

biniou > Seasonic c'est pas du noname ? Moi j'ai une "top elite" actuellement.
biniou 30/11/2005 11:34
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biniou
fiumorbo a écrit :

biniou > Seasonic c'est pas du noname ? Moi j'ai une "top elite" actuellement.



euh, non, pas vraiment, loin de là même
c'est une marque pas très connue, mais qui gagne à l'être
j'espère que le grand comparatif d'alims suivant cet article incluera au moins une S12

en attendant, il y a un test de la version 600W sur matbe...
rosco 30/11/2005 11:40
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rosco
a écrit :

j'espère que le grand comparatif d'alims suivant cet article incluera au moins une S12



Oui ;)
alain_57 30/11/2005 11:52
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alain_57
moi j'ai achetté une fortron fanless 300W et je dois dire que c'est une belle merde, a moins que je suis tombé sur une mauvaise série ou que cette alim est pas compatible avec mes PC.
Car c'est la 2eme que j'echange et ca ne fonctionne toujours pas .

Manque de pot le vendeur (actualis) refuse de me remboursé vu que j'ai dépassé les delais (enfin plutot eux vu qu'il ont mis presque 1 mois pour l'echange !)
donc je vais changer pour une antec phantom 500

En attendant j'ai une enermax avec 2 ventilo et systeme de régulation bah franchement rien qu'en ouvrant le capot, et en enlevant les ventilo (car si je les laisse l'air chaud a tendance a etre piegé et ca sens le plastik cramé ou chaufé ....)
donc bon l'alim SANS capot et sans ventilo fonctionne tres bien !
Aucune nuisance et pas de température de fou (la fortron chauffait)

Bon maintenant c'est clair que c'est pas éstétique :( mais juste pour dire qu'il y a pas besoin de watercooling au autre proceder pour avoir du fanless sans surchaufe.

au tout début j'avais juste débranché les ventilo sans ouvrir le capot de l'alim et sans les retiré, bah la ca chauffait et ca sentait VRAIMENT pas bon ..

Puis forcement j'economise aussi des watt, car les ventilos faut bien qu'il s'alimentent .. et vu qu'ils sont plus là = infime economie de courant :)

dernier point : j'ai maintenant un PC 100% fanless et c'est du bonheur.
Puis contrairement a ce que certains revendeur ont voulu me faire croire j'ai AUCUN probleme de temperatur.

voila ma configue pour les curieux:
alim enermax en attendant la antec
carte mere : abit an8 sli (cette avec le systeme heatpipe pour le chipset)
processeur : athlon 64 3200+ refroidis avec un radiateur scytch ninja
carte graphique : gigabyte geforce 6600 aussi avec heatpipe

T° du boitier (fermé et sans aucun systeme de ventilation) : 41°C
T° du proc (avec activité normal : surf, telechargement, musique, video) : 45°

ps: en activant le cool&quiet du proc (il s'underclock quand il travail pas) la temperature de ce dernier baisse à 40°
c'est vrai que je joue de temps en temps, peut etre que la temperature augemente alors, mais j'ai jamais vraiment fait gaffe a ca.
Moi ce qui compte c'est le bruit :) Reste plus qu'a isoler le DD pour alors avoir AUCUN bruit, mais ca je sais pas encore comment faire
edy 30/11/2005 12:15
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edy
lawid a écrit :


Moi ce qui compte c'est le bruit :) Reste plus qu'a isoler le DD pour alors avoir AUCUN bruit, mais ca je sais pas encore comment faire




Le bruit de ton hdd, c'est un siflement ou les vibrations ?
Si c'est les vibrations tu peut voir ceci http://www.presence-pc.com/prix/21 [...] iques.html
Chez moi c'est nikel, il chauffe plus et il ne fait plus de bruit mais faut voir si t'as un boîtier spécial, faut bricoler pour le mettre dans un emplacement 5 1/4

Si c'est un siflement, le seul moyen est la mousse isolante a mettre dans le boitier, y'a pas beaucoup de soluce dans ce cas.
anatheme 30/11/2005 12:50
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anatheme
Hello TLM

Bon, un petit mot juste pour dire.

Quand j'ai acheté ma tour j'avais aussi du générique (250W) et elle a fini par lâcher avec la mise en place de mon 4ème disque dur :P. Je ne pouvais pas lui en vouloir LOL mais bon elle fais juste une surchauff (en ventillateur de processeur en plus et elle est repartis :D ).
Depuis j'ai monté une 500 W bi ventillateur (4 connecteurs) et en générique! Elle tourne tres bien malgrès le fais qu'elle doit supporter aujourd'hui pas moin de 7 ventilateurs (de processeurs tournant a plaine puissance) 5 Disques durs (heureusement le 6 ème est USB :P ), un petit pross de 2 Go AMD, 1Go DDR, une ATI 9600SE tous les ports PCI utilisé et il ne me reste plus que un port com de libre, et enfin 2 Graveurs. L'alimentation à maintenant 1 ans si je ne me trompe. Et elle tourne parfaitement derrière un petit onduleur. et je n'ai aucun problème pour tout faire fonctionner.

Je pence qu'une alimentation générique a pas cher peut être valable dans la mesure ou celle-ci est testé, vérifier et bien choisi avant toute utilisation à long terme.

Voilà ;)

@++
fourbe 30/11/2005 13:21
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fourbe
mais est ce que les tensions délivrées sont bien stables ??
Parce moi mon alim tourne tres bien aussi, sauf que les tensions ne sont CAREMENT pas stables.
5v -> 4,8v
12v -> 12,48v
-12 -> -11,82v
3,3v -> 2,9v
et pourtant elle tourne et reste silencieuse...
gremlins 30/11/2005 13:52
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gremlins
Blinky@IDN a écrit :

Le bruit de ton hdd, c'est un siflement ou les vibrations ?
Si c'est les vibrations tu peut voir ceci http://www.presence-pc.com/prix/21 [...] iques.html
Chez moi c'est nikel, il chauffe plus et il ne fait plus de bruit mais faut voir si t'as un boîtier spécial, faut bricoler pour le mettre dans un emplacement 5 1/4

Si c'est un siflement, le seul moyen est la mousse isolante a mettre dans le boitier, y'a pas beaucoup de soluce dans ce cas.



Pour le sifflement, j'utilise ca : http://www.informanews.net/scripts/article.php/65.htm
J'ai 2 DD IBM GXP 45 et 80Go dedans, je ne les entends plus.

Faire gaffe si les DD chauffent déja pas mal sans etre la dedans.

L'autre solution est de changer de DD, les hitashi en Sata ne font presque plus de bruit par rapport aux miens.
anatheme 30/11/2005 13:58
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anatheme
Citation :mais est ce que les tensions délivrées sont bien stables ??
Parce moi mon alim tourne tres bien aussi, sauf que les tensions ne sont CAREMENT pas stables.
5v -> 4,8v
12v -> 12,48v
-12 -> -11,82v
3,3v -> 2,9v
et pourtant elle tourne et reste silencieuse...


Je n'est pas eu le temps de les tester. Mais je vais essayer de prendre le temps pour le faire. (je ne promet rien, je n'est jamais de temps :P )
rohanec 30/11/2005 14:00
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rohanec
fiumorbo a écrit :

ps: je dois changer d'alim (mon 3,3v déconne, il tombe très souvent a 2,9v). J'ai besoin de 380W max, plutot silencieux. Je change aussi le boitier. Budget 150€ Maxi, vous me conseillez quoi ?



Si tu es ecolo pauvre:
Fortron Green Power 400W (55-60€) ou FSP400-60GLN
+ 80% de rendement tout le temps
+ les perfs d'une grande pour un petit prix
+ respecte la derniere norme CE (pas encore obligatoire?)
- peu de cables, cables assez court (pour ceux qui ont un gros boitier)
- cables non blindées
Si tu es ecolo riche:
Seasonic 12 430-HT (90€)
+ cablerie complete
+ 80% de rendement tout le temps
- cher pour ce que c'est
- gestion des cables a améliorer (pour une alim haut de gamme)
- vraiment chere !
TTaz 30/11/2005 14:04
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TTaz
Petite erreur sur le Schéma de l'alimentation classique, il manque la pin de masse du régulateur
rosco 30/11/2005 14:12
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rosco
Oui c'est vrai, c'est un schéma global ici, suivant le régulo y a différentes manières de le câbler donc là c'est une boîte noire à la place, il n'était pas nécessaire de savoir en détail comment il fonctionne.
rohanec 30/11/2005 14:12
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rohanec
=> Anatheme
Une bonne alimentation est une alim qui fournit un courant stable qu'il y ait de la charge ou non, qui respecte le voltage (je connais pas la norme, mais 5% d'ecart de voltage c'est pas franchement grave), qui fournit un amperage suffisant pour chaque ligne (surtout pour ceux qui ont un PC chargé) et tout ca avec un rendement maximum pour eviter les pertes inutiles et donc le degagement de chaleur.

Les alims no name en regle générale indique en général le chiffre de pic pour voltage moyen, ce qui veut dire n'importe quoi... une 500W qui peut pas fournir 300W de puissance c'est courant dans ces eaux la.
Dès qu'on tire un peu dessus elle fournissent une puissance degradée, et paf ton proc ou ta mem plante.
edy 30/11/2005 14:53
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edy
Et ton hdd crame... à cause de l'instabilité des alim noname.
J'avait un parc de 30 machines avec des alim noname.
Les hdd de 25 machines on été changé une fois par an sur 3 ans pour finalement réussir a faire changer les alim, depuis plus de souci.

Donc pour une noname faut pas avoir peut de perdre ses données, c'est tout.
Mkala 30/11/2005 15:03
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Mkala
Tres bon article :jap:

2-3 details :

Sur le schema de la page 2 (alimentation lineaire) si un transformateur 15VAC est utilise, la tension redresse filtree sera de l'ordre de 19.8V (15*1.41)-(2*0.7V) et non pas 15VDC.

Sur la figure des diodes en page 5, vous avez regarder quel type de diodes c'est ? On peut avoir la reference ? C'est pas parce que c'est un boitier axial qu'elles ne sont pas schottky ! C'est sur ce genre de boitiers sont prevus pour des courants/puissances dissipables qui sont plus faibles, mais ca peut convenir aussi !

Ensuite si elles sont refroidies sur votre photo ! Le refroidissement est assure via les pattes, qui sont soudes sur un support qui est lui relie au radiateur. La majorite de la chaleur evacuee dans ce type de composants se fait par les pattes, car c'est metallique (donc bon conducteur) et directement relie au die (coeur de la diode). Le boitier plastique isolant (electrique et thermique) ne dissipe que tres peu de chaleur.


Ensuite un point bcp plus discutable, le fait de deporter les composants qui chauffent pour watercooler/se faire une alim fanless.
En therorie c'est tres mauvais, comme vous l'avez explique : induction dans les cables, rayonement electromagnetique, couplages parasites entre fils,etc...
En pratique ca fonctionne pour peu que l'on fasse des cables le plus court possible, d'un diametre suffisant pour les gros courants, le tout correctement monte et isole (attention certains composants sont continuelement a 150V/350V suivant le type d'alim !!!) et que l'on ne deporte SURTOUT PAS la partie qui gere le 5V standby : c'est une alimentation de type auto-oscillante qui est tres sensible au capacites parasites des cables et inductance, j'avais essaye sur une 1ere alim elle avait du mal a se mettre en route la partie auto oscillante. Resultat, si ca demare pas, le transi reste en conduction et ca pete...

La deuxieme alim modifie tourne mainteant depuis 1an et demi, sans prob, sur un pc qui marche en moyenne 15h/j et qui a deja fonctionne des jours d'afile... pas de prob d'emission EMI sur TV/Radio, meme si c'est moins bon que d'origine, c'est certain. Des photos :
http://echapatte.free.fr/fotos/silent_pc/alim2/
TTaz 30/11/2005 15:05
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TTaz
(je dis çà à cause de l'image du régulateur 3 pattes (+ tab) juste à côté, je croyais à un oubli)

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