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Alimentation linéaire

Dans le monde de l'électronique, les alimentations sont les appareils qui s'assurent que tout fonctionne bien et correctement.Parmi les différents types disponibles, les alimentations linéaires sont connues pour fournir un flux d'électricité stable et fiable avec très peu de bruit.Cet article expliquera comment fonctionnent les aliments linéaires, les pièces dont elles sont faites et où elles sont les plus utiles.Nous les comparerons également avec d'autres types d'alimentation, vous aidant à comprendre pourquoi ils sont toujours choisis pour certaines situations, même si des options plus récentes et plus économes en énergie sont disponibles.

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Figure 1: Alimentation linéaire

Qu'est-ce qu'une alimentation linéaire?

Une alimentation linéaire est un type de dispositif d'alimentation qui fournit une sortie de tension stable et cohérente en ajustant en continu la résistance.Cette méthode évite l'utilisation d'une commutation rapide, ce qui le rend plus simple et idéal pour fournir une puissance propre et fiable à divers appareils électroniques.

Le processus commence par un système de rétroaction qui vérifie constamment la tension de sortie.Cette tension est comparée à une tension de référence définie à l'aide d'un amplificateur différentiel, un circuit qui permet d'assurer la précision.Si la tension de sortie est différente de la référence, l'amplificateur génère un signal pour corriger la différence.Ce signal contrôle une pièce appelée l'élément PASS, qui pourrait être un transistor ou un transistor à effet de champ (FET).L'élément Pass fonctionne comme une résistance variable, ajustant sa résistance pour maintenir la tension au bon niveau.

Par exemple, si la tension d'entrée augmente, l'élément de passage augmente sa résistance pour empêcher la hausse de la tension de sortie.D'un autre côté, si la tension d'entrée diminue, l'élément de passage abaisse sa résistance pour permettre plus de courant, garantissant que la tension de sortie reste stable.

Ce réglage continu garantit que l'alimentation offre une tension cohérente, même lorsque la tension d'entrée ou la charge change.La simplicité de l'alimentation linéaire le rend fiable et produit très peu de bruit électrique, ce qui est utile pour les appareils qui ont besoin d'une puissance stable.Cependant, ce type d'alimentation est généralement moins efficace car l'énergie supplémentaire est libérée sous forme de chaleur, ce qui signifie qu'il peut nécessiter des systèmes de refroidissement plus grands et utiliser plus de puissance.

Composants d'une alimentation linéaire

Figure 2: Composants d'une alimentation linéaire

Transformateur d'entrée d'alimentation

Dans une alimentation linéaire, le transformateur est le premier composant qui interagit avec la puissance CA du secteur.Son travail principal est de changer la tension à un niveau adapté à l'appareil, soit en l'abaissant (ce qui est plus courant), soit en l'augmentation, selon les besoins de l'appareil.Le transformateur offre également une protection en séparant l'alimentation du secteur, réduisant le risque de risques électriques.Dans les applications de puissance supérieure, le transformateur peut être assez important, ce qui augmente la taille globale et le poids de l'alimentation électrique.Selon la façon dont l'alimentation est conçue, le transformateur peut avoir un ou plusieurs enroulements secondaires pour produire différentes tensions de sortie.

Redresseur

Une fois que le transformateur a ajusté la tension, la puissance CA doit être convertie en puissance CC, ce qui est effectué par le redresseur.Le redresseur est une partie cruciale de l'alimentation, et il est disponible dans différentes configurations. Rectification de demi-onde Utilise une seule diode pour convertir seulement la moitié du cycle AC en DC, ce qui le rend moins efficace et produisant plus de fluctuations dans la sortie, qui sont plus difficiles à lisser. Rectification à ondes complètes est plus efficace et utilise les deux moitiés du cycle AC.Cela peut être fait avec un transformateur à plateau central et deux diodes ou avec une configuration de redresseur de pont qui utilise quatre diodes.Le redresseur de pont est plus couramment utilisé dans les conceptions modernes car elle est plus efficace.Les redresseurs modernes utilisent généralement Diodes de semi-conducteurs comme les diodes de jonction PN ou les diodes schottky.Les diodes Schottky sont souvent choisies car elles perdent moins de tension lorsque le courant les traverse, ce qui les rend plus efficaces, bien qu'ils puissent permettre à un courant de fuir et d'avoir un seuil de tension inférieur avant de se décomposer.

Condensateur de lissage

Une fois que le redresseur a converti l'AC en CC, la sortie n'est pas parfaitement lisse et contient des fluctuations de tension qui ne sont pas souhaitables pour la plupart des circuits électroniques.Le condensateur de lissage aide à Même ces fluctuations En chargeant pendant les points élevés de la forme d'onde rectifiée et en libérant une charge lorsque la forme d'onde baisse.Cela aide à Gardez la tension CC plus stable.Bien que le condensateur réduit considérablement les fluctuations, elle ne les supprime pas complètement.La capacité du condensateur à réduire ces fluctuations dépend de sa taille et de la quantité de courant que la charge nécessite.

Régulateur de tension

Le régulateur de tension est le composant principal d'une alimentation linéaire, garantissant que la tension de sortie reste stable même si la tension d'entrée ou la charge change.Il existe deux principaux types de régulateurs linéaires: Régulateur de shunt et régulateur de la série.

Le régulateur de shunt est moins courant et fonctionne en plaçant un composant variable à travers la charge, qui absorbe le courant supplémentaire pour maintenir la tension de sortie stable.Ce type de régulateur est utilisé lorsque un contrôle précis de la tension est nécessaire, même s'il peut ne pas être très efficace.En raison de son efficacité plus faible, il n'est généralement utilisé que dans des situations spécifiques.

Le régulateur de la série est le type de régulateur linéaire le plus utilisé.Dans cette configuration, une résistance variable est placée en série avec la charge, et le circuit de commande ajuste la résistance pour maintenir la tension de sortie souhaitée.La simplicité et l'efficacité du régulateur de la série en font un choix populaire pour de nombreuses conceptions d'alimentation linéaire.Il offre un bon contrôle de tension avec une conception relativement simple, ce qui le rend adapté à un large éventail d'utilisations.

Avantages et inconvénients des alimentations linéaires

Avantages

Les alimentations linéaires ont plusieurs avantages, en particulier dans les situations où la stabilité et le fonctionnement silencieux sont nécessaires.L'un des principaux avantages est qu'ils créent très peu de bruit.Contrairement aux alimentations de commutation qui activent et désactivent rapidement le courant, les alimentations linéaires maintiennent le courant qui coule régulièrement.Ce manque de commutation rapide signifie qu'ils ne créent pas beaucoup d'interférence électromagnétique, ce qui en fait un bon choix pour les appareils électroniques délicats comme les systèmes audio, l'équipement médical et les instruments qui ont besoin de mesures précises.

Un autre avantage est leur Performance fiable.Les alimentations linéaires existent depuis longtemps, et leur technologie est bien connue et fiable.Parce qu'ils sont utilisés depuis tant d'années, leur performance est cohérente et bien compris.Les ingénieurs et les concepteurs peuvent compter sur ces fournitures pour fonctionner de manière cohérente, ce qui est très utile dans les situations où la fiabilité est un must.

Désavantage

Cependant, les alimentations linéaires ont des inconvénients, principalement en ce qui concerne la façon dont ils utilisent l'énergie et leur taille.L'un des plus grands inconvénients est leur faible efficacité.Ces fournitures n'utilisent généralement qu'environ 50% de l'énergie d'entrée efficace, l'autre moitié étant gaspillée, généralement comme chaleur.Cette faible efficacité se produit parce que l'alimentation contrôle la tension en se débarrassant de l'énergie supplémentaire, ce qui gaspille beaucoup d'énergie.

Cette énergie gaspillée mène à un autre problème: génération de chaleur .L'énergie qui n'est pas utilisée crée de la chaleur, qui doit être gérée pour empêcher l'alimentation et les appareils connectés d'être endommagés.Cela signifie souvent ajouter des pièces supplémentaires comme les dissipateurs de chaleur ou les ventilateurs de refroidissement, ce qui peut rendre la conception plus compliquée et augmenter les coûts.

Enfin, les aliments linéaires sont plus grand et plus lourd que de changer d'alimentation.Ils ont besoin de grands transformateurs pour réduire la tension et des pièces supplémentaires pour gérer la chaleur, ce qui rend ces alimentations volumineuses.Cela peut être un gros inconvénient dans les situations où l'espace et le poids sont importants, comme dans les appareils portables ou compacts.

Applications des aliments linéaires

Figure 3: Applications des alimentations linéaires

Les alimentations linéaires, bien qu'elles n'étaient pas aussi économes en énergie que leurs homologues de commutation, sont souvent choisies pour des situations spécifiques où une puissance de sortie stable et sans bruit est nécessaire.Ces alimentations sont particulièrement utiles dans des environnements où une puissance stable et propre est nécessaire sans les perturbations qui peuvent être livrées avec des alimentations de commutation.

Dans l'équipement audiovisuel, les alimentations linéaires sont très utiles pour les amplificateurs audio de haute qualité et les appareils audio sensibles.Ils fournissent une sortie de tension lisse et régulière, ce qui est important pour maintenir la qualité sonore intacte.La commutation d'alimentation peut parfois introduire du bruit et des pointes qui peuvent interférer avec les signaux audio, conduisant à une distorsion sonore ou à des interférences indésirables.Pour cette raison, les alimentations linéaires sont préférées dans les systèmes audio haut de gamme où il est important de garder la qualité sonore pure et claire.

En équipement de laboratoire, il est très important d'avoir une puissance cohérente et précise.Des dispositifs tels que les alimentations de laboratoire, qui sont utilisés pour fournir des sorties de tension stables et précises, dépendent souvent de la régulation linéaire.La stabilité offerte par les alimentations linéaires garantit que la tension reste cohérente, ce qui est très important dans les environnements expérimentaux et de test où même de petits changements peuvent conduire à des résultats incorrects.Ces alimentations sont conçues pour fournir une puissance propre et sans bruit, qui est nécessaire pour les mesures sensibles et les expériences qui nécessitent un niveau élevé de précision.

Les alimentations linéaires sont conçues pour fournir une tension cohérente avec un bruit minimal, ce qui les rend parfaits pour les situations où la qualité de la puissance affecte directement le fonctionnement d'un appareil.Bien qu'ils ne soient pas aussi économes en énergie que les alimentations de commutation, leur capacité à fournir une puissance stable et propre les rend particulièrement utiles dans des applications spécifiques et sensibles au bruit.Leur utilisation dans les équipements audiovisuels et en laboratoire montre comment la qualité de l'énergie joue un rôle clé dans le maintien des performances et de la précision dans ces contextes.

Comparaison avec d'autres types d'alimentation

Les alimentations linéaires sont utilisées pour transformer l'énergie électrique d'une forme à une autre, transformant généralement le courant alternatif (AC) en courant direct (DC).Il existe plusieurs types d'alimentation, chacun avec ses propres caractéristiques:

Figure 4: Alimentation linéaire non réglementée

Les alimentations linéaires non réglementées sont le type le plus élémentaire.Ils convertissent AC en DC mais n'ont pas de fonctionnalités supplémentaires pour maintenir la tension stable.Cela signifie que la tension de sortie peut changer si la tension d'entrée change ou si la quantité de puissance utilisée (la charge) change.Si la tension d'entrée augmente, la tension de sortie augmentera également et si la charge augmente, la tension de sortie peut baisser.Pour cette raison, ces alimentations ne sont pas idéales pour les appareils qui ont besoin d'une tension stable pour fonctionner correctement.

Figure 5: alimentation ferroresonante

Les alimentations ferroresonantes utilisent une technique spéciale impliquant des champs magnétiques pour maintenir la tension de sortie stable.Ils le font avec une combinaison d'un transformateur et d'un circuit résonnant.Les propriétés magnétiques du transformateur aident à maintenir une tension de sortie régulière, même si la tension d'entrée ou la charge change.Ces alimentations ont également une protection intégrée contre les pics d'énergie soudains, ce qui les rend fiables dans des endroits où l'alimentation électrique n'est pas stable.Cependant, ils sont généralement grands et lourds, ce qui peut être un inconvénient dans les situations où la taille et le poids comptent.

Figure 6: Alimentation du mode commutateur (SMPS)

Les alimentations du mode commutateur (SMPS) sont conçues pour être plus efficaces que les alimentations linéaires.Ils fonctionnent en activant rapidement la mise sous tension et éteindre en utilisant des commutateurs électroniques comme les transistors.Cette méthode leur permet de convertir plus efficacement l'énergie, ce qui signifie qu'ils produisent moins de chaleur et peuvent être rendus plus petits et plus légers.Cependant, en raison de la commutation à haut débit, les SMP peuvent créer un bruit électrique, ce qui peut interférer avec d'autres appareils électroniques à proximité.Les SMP sont également plus compliqués dans la conception et peuvent être plus difficiles à réparer si quelque chose ne va pas.

Conclusion

Les alimentations linéaires sont toujours un choix incontournable dans des situations où une alimentation stable et sans bruit est très nécessaire.Leur conception simple et leurs performances fiables en font un favori dans des domaines comme l'équipement audio et les tests de laboratoire.Cependant, ils ont des compromis en termes d'efficacité énergétique et de taille, il est donc important de réfléchir à ce que vous les utilisez.Lorsque nous comparons les alimentations linéaires avec d'autres types, il devient clair que, bien qu'ils ne soient pas toujours l'option la plus économique, leur capacité à fournir une puissance propre et cohérente signifie qu'elles sont toujours utiles dans le monde de la technologie d'aujourd'hui.En comprenant ces différences, vous pouvez prendre de meilleures décisions lors du choix de la bonne alimentation pour vos besoins spécifiques.

Questions fréquemment posées [FAQ]

1. Où sont utilisés les alimentations linéaires?

Les alimentations linéaires sont couramment utilisées dans des environnements où une alimentation stable et à faible bruit est très nécessaire.Cela comprend des équipements audio de haute qualité, des dispositifs médicaux, des instruments de laboratoire et des outils de mesure de précision, où même un petit bruit électrique peut interférer avec le fonctionnement ou la précision de l'équipement.

2. Quelle est l'efficacité de l'alimentation linéaire?

L'efficacité d'une alimentation linéaire est généralement faible, souvent environ 50% ou moins.En effet, l'alimentation régule la tension en dissipant l'excès d'énergie comme chaleur, ce qui entraîne une perte d'énergie significative.

3. Quels sont les avantages et les inconvénients d'une alimentation linéaire?

Le principal avantage d'une alimentation linéaire est sa capacité à fournir une puissance propre, stable et à faible bruit, ce qui est idéal pour l'électronique sensible.Les inconvénients comprennent une faible efficacité, une grande taille en raison du besoin de dissipation de chaleur et de l'énergie supplémentaire gaspillée comme chaleur.

4. Quels sont les inconvénients du régulateur de tension linéaire?

Les inconvénients d'un régulateur de tension linéaire incluent une faible efficacité, car il gaspille beaucoup de puissance comme chaleur et son incapacité à augmenter la tension, ce qui signifie qu'elle ne peut que réduire la tension du niveau d'entrée.De plus, ils peuvent nécessiter de grands dissipateurs de chaleur ou des systèmes de refroidissement pour gérer la chaleur produite, ce qui les rend volumineuses.

5. Quel est le type d'alimentation le plus efficace?

Le type d'alimentation le plus efficace est l'alimentation en mode commutateur (SMPS).Il utilise une commutation à haute fréquence pour convertir l'énergie avec une perte d'énergie minimale, ce qui entraîne une efficacité beaucoup plus élevée par rapport aux alimentations linéaires.