Une alimentation classique des années 1980 Une alimentation d'ordinateur ou de télévision moderne. Paramètres d'une alimentation à découpage moderne Redresseur double alternance suivi d'un électrochimique, sans mesures compensatoires (mesure du courant)

En cas de courant alternatif sinusoidal il ne peut pas être supérieur à 0.7, puisque le courant alternatif passe par zéro deux fois par période, mais il faut que le facteur se rapproche le plus de cette valeur idéale.

Un exemple d'appareil électronique qui a un mauvais facteur de crête est le gradateur de lumière qui se compose d'un triac qui entre en conduction au milieur de la phase. Le facteur de puissance est si mauvais que ces appareils ne peuvent être utilisés que pour commuter une puissance limitée. Comme les flancs de la commutation sont très raides, ces appareils produisent également des parasites sur le réseau.

Dans l'exemple d'une alimentation à découpage, le courant est très élevé quand la tension est maximale (pendant la charge du condensateur principal), ce qui se produit 2× par période (redresseur double alternance), voir zone rouge. Le facteur de crête est d'environ 0.1.

De nombreux appareils électroniques ont une telle alimentation avec un redresseur et condensateur (amplificateur, télévision, ordinateur,...). Ces appareils utilisent très mal la capacité du réseau et provoquent des parasites. Les pics de courant produisent de plus des oscillations sur tout le réseau. Que le redresseur soit précédé d'un transfo (comme dans les amplificateurs) ne joue aucun rôle pour le facteur de crête.

L'Europe oblige maintenant les fabricants à utiliser une alimentation avec un facteur de crête minimal.

Dans les systèmes les plus simple, on place une self-induction après les diodes (et avant le condensateur principal): celui-ci van limiter les pics de courant mais réduit le rendement de l'ensemble. Pour les petites puissances (< 10W), on remplace même la self par une résistance.

Pour des puissances plus élevées, le condensateur après les diodes est éliminé et l'alimentation travaille pendant la partie de la période quand la tension est supérieure à 100V (par exemple). Il faut ici augmenter la capacité des condensateurs secondaires (après l'alimentation à découpage), car ils doivent fournir du courant quand l'alimentation à découpage ne fonctionne pas. C'est l'exemple 2.

L'alimentation tire du courant pendant plus longtemps et le pic a disparu. Le courant prélevé est moins intense (limité par la construction de l'alimentation à découpage). Il est possible d'obtenir un facteur de crête de 0.8 (donc plus élevé que ce qui est théoriquement possible d'obtenir avec de l'alternatif).

Il est parfois nécessaire de prévoir un second étage de stabilisation, car il reste une ondulation dans les condensateurs secondaires (tracé bleu), ce qui n'est pas le cas avec une alimentation à découpage classique. Dans l'exemple on voit que la tension secondaire n'a pas encore atteint sa valeur nominale et augmente d'un cycle à l'autre.

Toutes les alimentations à découpage modernes fonctionnent selon ce principe. Une des caractéristique est que ces alimentations commencent à fonctionner à partir d'une tension assez basse et sont souvent multi-tension (120-250V). Cette page détaille les mesures à prendre pour augmenter le facteur de puissance et de crête.

A droite les paramètres d'une alimentation à commutation moderne. Le courant effectif est de 0.49A, mais le courant en pointe est de 0.92A, donc près du double. Il n'y a par contre pas de composante continue, l'alimentation a un redresseur double onde (redresseur en pont). Le facteur de crête (CF = crest factor) est de 1.90: le courant en pointe est de 1.90× le courant RMS: cette alimentation n'est pas très perfomante en ce qui concerne le facteur de crête.

Mais on vient de loin, comme nous montre l'image suivante qui montre le courant dans le redresseur sans qu'aucune mesure ne soit prise pour corriger le facteur de crête.

Alimerntée en alternatif, une charge linéaire (résistive) a un facteur de crête de 1.4. En principe une très bonne alimentation à commutation peut avoir un facteur de crête de 1.5 ou même moins (voir graphique de l'alimentation moderne) car les pics de courant sont limités. Une alimentation à commutation sans correction a un facteur de crête de 2 à 3.

Le facteur de crête est mesuré avec une alimentation purement sinusoïdale. Mais si la tension de secteur est déformée (cela peut arriver si de nombreux appareils avec un mauvais facteur de crête sont branchés sur la ligne) on peut avoir une amélioration du facteur de crête parce que les pics du sinus (tension) sont applatis, ce qui fait que les pics de consommation (courant) sont limités.

Le facteur de crête effectif d'un appareil dépend donc de son alimentation électrique. Elle peut même varier si on branche l'appareil sur une prise différente (tension plus ou moins déformée). Si le facteur de crête d'un appareil est indiqué, c'est toujours mesuré avec une tension parfaitement sinusoidale.

Cette alimentation qui est utilisée pour fournir du 12V aux lampes halogènes ne dispose pas d'un condensateur de filtrage au primaire. Sans condensateur, l'alimentation s'arrête chaque fois que la tension d'alimentation passe sous une limite (deux fois par période). Ce n'est pas un problème pour une lampe à incandescence qui a une forte inertie thermique.

La lampe est même alimentée en alternatif haute fréquence directement à partir du transfo à commutattion car il n'y a pas de redresseur à la sortie du transfo. Comme il n'y a pas de filtrage, les parasites à la commutation peuvent se propager par le cable qui agit comme une antenne.

Facteur de surcharge

Le facteur de surcharge est important pour les groupes électrogènes, les alimentations de secours (UPS),... Les groupes électrogènes doivent pouvoir faire démarrer un gros moteur, une alimentation de secours doit pouvoir faire démarrer un ordinateur (charge des condesateurs) ou alimenter un éclairage de secours.

Les fusibles d'une installation domestique doivent être calibrés pour tenir compte du facteur de surcharge. C'est pour cela qu'on utilise par exemple des fusibles de 20A, alors que la consommation maximale du ménage est beaucoup plus faible. Les fusible d'un moteur asynchrones sont conçus pour une protection de 16A (disjoncteur thermique qui agit au bout d'une minute) et 90A en pointe ((disjoncteur magnétique qui agit immédiatement). Le disjoncteur thermique protège le moteur (surcharge du moteur) tandis que le disjoncteur magnétique protège l'installation contre les cours circuits.