{"id":4632,"date":"2024-05-13T01:51:40","date_gmt":"2024-05-13T01:51:40","guid":{"rendered":"https:\/\/www.hebaiele.com\/?p=4632"},"modified":"2026-01-29T06:43:41","modified_gmt":"2026-01-29T06:43:41","slug":"basics-of-a-switch-mode-psu-circuit","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.hebaiele.com\/fr\/basics-of-a-switch-mode-psu-circuit\/","title":{"rendered":"Comprendre les bases d'un circuit d'alimentation \u00e0 d\u00e9coupage"},"content":{"rendered":"

Pr\u00e9face<\/strong><\/h2>\n\n\n\n
\"Circuit<\/figure>\n\n\n\n

Les circuits SMPS (Switch Mode Power Supply) sont un \u00e9l\u00e9ment essentiel des appareils \u00e9lectroniques modernes. Ils sont utilis\u00e9s pour convertir l'\u00e9nergie \u00e9lectrique provenant d'une source d'alimentation dans la forme la plus efficace. Contrairement aux alimentations lin\u00e9aires constantes, les circuits SMPS contr\u00f4lent la tension de sortie en activant et d\u00e9sactivant rapidement une s\u00e9rie de transistors de puissance. Ces m\u00e9canismes de commutation rapide permettent aux circuits SMPS d'atteindre un rendement \u00e9lev\u00e9, une petite taille et une faible dissipation thermique, ce qui les rend adapt\u00e9s \u00e0 de nombreuses applications, par exemple les t\u00e9l\u00e9phones portables et les \u00e9quipements industriels.<\/p>\n\n\n\n

Composants de base de la <\/strong>SMPS<\/strong><\/h2>\n\n\n\n

Les principaux \u00e9l\u00e9ments du circuit SMPS sont le redresseur, le condensateur de filtrage, le transistor de commutation, l'inducteur et le circuit de commande. Le redresseur transforme la tension d'entr\u00e9e alternative provenant du secteur ou d'un transformateur en tension continue. Le condensateur de filtrage lisse ensuite les ondulations de tension. Le transistor de commutation (MOSFET) est l'\u00e9l\u00e9ment principal du circuit qui contr\u00f4le le flux de courant et l'inducteur stocke et lib\u00e8re l'\u00e9nergie pendant le processus de commutation. Le circuit hacheur, \u00e9galement appel\u00e9 convertisseur haute fr\u00e9quence, est un circuit \u00e9lectronique qui active et d\u00e9sactive le transistor de commutation \u00e0 plusieurs kHz. Le circuit de commande r\u00e9gule la fr\u00e9quence de commutation et le rapport cyclique afin de maintenir la tension de sortie stable.<\/p>\n\n\n\n

Comment fonctionne le SMPS ?<\/strong><\/h2>\n\n\n\n

Les circuits SMPS fonctionnent gr\u00e2ce \u00e0 l'utilisation d'une commutation rapide du transistor qui s'effectue \u00e0 une fr\u00e9quence \u00e9lev\u00e9e, g\u00e9n\u00e9ralement de l'ordre du kHz. \u00c0 l'\u00e9tat passant, l'\u00e9nergie est conserv\u00e9e dans l'inducteur et \u00e0 l'\u00e9tat bloqu\u00e9, cette \u00e9nergie est transf\u00e9r\u00e9e \u00e0 la charge de sortie. Le rapport cyclique du signal de commutation peut \u00eatre ajust\u00e9, ce qui permet de r\u00e9guler la tension de sortie. Ce processus permet aux circuits SMPS de r\u00e9aliser la conversion \u00e0 haut rendement de la puissance d'entr\u00e9e (PIN) \u00e0 la tension de sortie souhait\u00e9e avec la perte de puissance et les caract\u00e9ristiques de courant les plus faibles possibles.<\/p>\n\n\n\n

Avantages de l'utilisation d'un <\/strong>Interrupteur<\/strong> Mode <\/strong>PSU<\/strong><\/h2>\n\n\n\n
Avantage<\/strong><\/td>Description<\/strong><\/td><\/tr>
Haute efficacit\u00e9<\/td>Les SMPS atteignent g\u00e9n\u00e9ralement un rendement sup\u00e9rieur \u00e0 80%, ce qui signifie que moins d'\u00e9nergie est consomm\u00e9e et que les co\u00fbts d'exploitation sont r\u00e9duits.<\/td><\/tr>
Compact et l\u00e9ger<\/td>Les circuits SMPS sont petits et l\u00e9gers, ce qui les rend id\u00e9aux pour les appareils portables.<\/td><\/tr>
Meilleure r\u00e9gulation de la tension<\/td>Les SMPS assurent une meilleure r\u00e9gulation de la tension et peuvent fonctionner sur une large gamme de tensions d'entr\u00e9e.<\/td><\/tr>
Adaptable \u00e0 de multiples applications<\/td>Gr\u00e2ce \u00e0 leur capacit\u00e9 \u00e0 fonctionner sur une large gamme de tensions d'entr\u00e9e, les SMPS sont adaptables \u00e0 de multiples applications.<\/td><\/tr>
Circuits de contr\u00f4le simplifi\u00e9s<\/td>Les modules int\u00e9gr\u00e9s permettent aux concepteurs de simplifier les circuits de contr\u00f4le, am\u00e9liorant ainsi les performances de leur SMPS.<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

Interrupteur<\/strong> Mode <\/strong>PSU<\/strong> Circuit<\/strong><\/h2>\n\n\n\n

Processus de travail<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

Le processus de fonctionnement d'un circuit SMPS implique plusieurs \u00e9tapes cl\u00e9s. Un sch\u00e9ma de circuit d\u00e9taill\u00e9 illustrant ces \u00e9tapes sera fourni.<\/p>\n\n\n\n

\"Principe<\/figure>\n\n\n\n
    \n
  1. Entr\u00e9e<\/strong> Filtrage et rectification<\/strong><\/li>\n<\/ol>\n\n\n\n
      \n
    • Tension secteur AC et <\/strong>EMI<\/strong> Filtrage : <\/strong>La premi\u00e8re \u00e9tape du circuit d'alimentation \u00e0 d\u00e9coupage (SMPS) est la tension principale CA (110V ou 230V CA) qui est filtr\u00e9e par un filtre d'interf\u00e9rence \u00e9lectromagn\u00e9tique (EMI). Ce filtre se compose d'inductances (bobines) et de condensateurs qui \u00e9liminent le bruit \u00e0 haute fr\u00e9quence de l'alimentation secteur, emp\u00eachant ainsi le SMPS de renvoyer du bruit \u00e9lectrique au r\u00e9seau.<\/li>\n\n\n\n
    • Pont<\/strong>Redresseur<\/strong> et le condensateur de lissage :<\/strong> La tension alternative filtr\u00e9e passe ensuite par un pont redresseur, une configuration \u00e0 quatre diodes qui transforme la tension alternative en une tension continue puls\u00e9e. Par exemple, une entr\u00e9e de 230 V CA sera de l'ordre de 325 V CC apr\u00e8s redressement. La fonction principale de la grande capacit\u00e9 \u00e9lectrolytique est de fournir une tension continue stable en lissant la tension continue puls\u00e9e qui est utilis\u00e9e pour alimenter l'\u00e9tape suivante du circuit SMPS.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n
        \n
      1. Commutation et isolation des transformateurs<\/strong><\/li>\n<\/ol>\n\n\n\n
          \n
        • PWM<\/strong> Contr\u00f4leur : <\/strong>Le circuit int\u00e9gr\u00e9 du contr\u00f4leur PWM, par exemple le TL494, g\u00e9n\u00e8re des signaux PWM \u00e0 haute fr\u00e9quence, g\u00e9n\u00e9ralement entre 20 kHz et 100 kHz, qui sont transmis \u00e0 la grille du transistor de commutation, le plus souvent un MOSFET.<\/li>\n\n\n\n
        • Transistor de commutation (MOSFET) : <\/strong>Le MOSFET est ensuite utilis\u00e9 pour commuter la tension continue qui a \u00e9t\u00e9 redress\u00e9e, produisant ainsi des impulsions de courant alternatif \u00e0 haute fr\u00e9quence. La fr\u00e9quence et la dur\u00e9e de la commutation marche\/arr\u00eat sont r\u00e9gul\u00e9es par le PWM du contr\u00f4leur, qui d\u00e9termine le flux de puissance vers la sortie.<\/li>\n\n\n\n
        • Transformateur haute fr\u00e9quence :<\/strong> L'enroulement primaire d'un transformateur haute fr\u00e9quence est aliment\u00e9 par des impulsions CA haute fr\u00e9quence qui remplissent deux fonctions essentielles : l'isolation entre le c\u00f4t\u00e9 entr\u00e9e haute tension et le c\u00f4t\u00e9 sortie basse tension et la conversion de la tension vers le haut ou vers le bas pour correspondre au niveau de sortie requis.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n
            \n
          1. Sortie<\/strong> Rectification et filtrage<\/strong><\/li>\n<\/ol>\n\n\n\n
              \n
            • Secondaire<\/strong>Redresseur<\/strong> Diodes :<\/strong> Du c\u00f4t\u00e9 secondaire du transformateur, des diodes de redressement \u00e0 haute fr\u00e9quence sont charg\u00e9es de reconvertir les impulsions de courant alternatif \u00e0 haute fr\u00e9quence en tension continue. Ces diodes doivent \u00eatre capables de supporter une tension inverse \u00e9lev\u00e9e et avoir un temps de r\u00e9cup\u00e9ration rapide afin de fonctionner efficacement \u00e0 des fr\u00e9quences \u00e9lev\u00e9es.<\/li>\n\n\n\n
            • Filtre <\/strong>Inducteur<\/strong> et le condensateur : <\/strong>Les diodes de redressement fournissent la tension continue qui est ensuite liss\u00e9e \u00e0 l'aide d'une inductance et d'un condensateur de filtrage. Pendant la phase d'activation du MOSFET, l'inducteur stocke l'\u00e9nergie et la d\u00e9charge pendant la phase de d\u00e9sactivation, ce qui permet au courant de circuler en continu vers la charge. Le condensateur de filtrage lisse ensuite la tension continue, ce qui permet d'obtenir une sortie stable.<\/li>\n\n\n\n
            • Tension continue de sortie<\/strong>: La tension de sortie finale est simplement le produit du rapport des tours du transformateur et du rapport cyclique du signal PWM. Par exemple, si la tension de sortie n\u00e9cessaire est de 12 V CC, la boucle de r\u00e9troaction garantira que cette tension est aussi stable que possible dans diff\u00e9rentes conditions de charge.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n
                \n
              1. R\u00e9troaction et r\u00e9gulation de la tension<\/strong><\/li>\n<\/ol>\n\n\n\n
                  \n
                • R\u00e9troaction de l'optocoupleur : <\/strong>La tension de sortie r\u00e9gul\u00e9e est fournie par une boucle de r\u00e9troaction de l'optocoupleur, qui est utilis\u00e9e pour assurer la stabilit\u00e9 et la pr\u00e9cision souhait\u00e9es. La r\u00e9gulation est effectu\u00e9e par le r\u00e9gulateur shunt TL431, la tension de sortie \u00e9tant \u00e9chantillonn\u00e9e par le r\u00e9seau de diviseurs de tension du c\u00f4t\u00e9 de la sortie, puis compar\u00e9e \u00e0 une tension de r\u00e9f\u00e9rence. L'optocoupleur TL431 du circuit r\u00e9gule la luminosit\u00e9 de la LED ; si la tension de sortie est trop \u00e9lev\u00e9e, la LED brille davantage et le signal le plus fort traverse le phototransistor du c\u00f4t\u00e9 primaire.<\/li>\n\n\n\n
                • PWM<\/strong>Cycle de travail<\/strong> Contr\u00f4le : <\/strong>Le contr\u00f4leur PWM IC fonctionne avec le retour d'information de l'optocoupleur et d\u00e9termine le rapport cyclique du signal de commutation en fonction du retour d'information, qui d\u00e9termine \u00e0 son tour la quantit\u00e9 d'\u00e9nergie fournie au c\u00f4t\u00e9 secondaire, en maintenant la tension de sortie stable.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n
                    \n
                  1. Circuits de protection<\/strong><\/li>\n<\/ol>\n\n\n\n
                      \n
                    • Protection contre les surintensit\u00e9s :<\/strong> La protection contre les surintensit\u00e9s est assur\u00e9e par une r\u00e9sistance de d\u00e9tection de courant plac\u00e9e en s\u00e9rie avec le drain du MOSFET. Si le courant d\u00e9passe la limite fix\u00e9e, le contr\u00f4leur PWM \u00e9teint le MOSFET pour \u00e9viter tout dommage suppl\u00e9mentaire.<\/li>\n\n\n\n
                    • Protection contre les surtensions : <\/strong>La protection contre les surtensions est assur\u00e9e par une boucle de r\u00e9troaction, c'est-\u00e0-dire que si la tension de sortie est sup\u00e9rieure au niveau souhait\u00e9, le contr\u00f4leur diminue le rapport cyclique, puis la tension de sortie.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n

                      R\u00e9sum\u00e9 du processus de travail<\/strong><\/h3>\n\n\n\n
                        \n
                      • Stade d'entr\u00e9e<\/strong>: Tension secteur CA \u2192 Filtre EMI \u2192 Pont redresseur \u2192 Condensateur de filtrage \u2192 Tension CC.<\/li>\n\n\n\n
                      • Stade de commutation<\/strong>: Contr\u00f4leur PWM \u2192 MOSFET \u2192 Transformateur \u2192 Impulsions CA \u00e0 haute fr\u00e9quence.<\/li>\n\n\n\n
                      • Etage de sortie<\/strong>: Diodes de redressement \u2192 Condensateurs de filtrage \u2192 Tension de sortie en courant continu.<\/li>\n\n\n\n
                      • Boucle de r\u00e9troaction<\/strong>: Diviseur de tension \u2192 R\u00e9gulateur TL431 \u2192 Optocoupleur \u2192 Contr\u00f4leur PWM.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n

                        Consid\u00e9rations relatives \u00e0 la conception<\/strong><\/h3>\n\n\n\n
                        \"psu<\/figure>\n\n\n\n

                        Les consid\u00e9rations relatives \u00e0 la conception des alimentations \u00e0 d\u00e9coupage (SMPS) comprennent plusieurs aspects cl\u00e9s qui garantissent un fonctionnement efficace et stable :<\/p>\n\n\n\n

                          \n
                        • S\u00e9lection de la topologie : <\/strong>Le type de topologie du convertisseur (buck, boost, flyback, etc.) est le choix le plus important en fonction de la tension de sortie et des besoins en puissance. Il en r\u00e9sulte une modification de la complexit\u00e9 et de l'efficacit\u00e9 du circuit.<\/li>\n\n\n\n
                        • Choix des composants : <\/strong>Le choix des composants tels que les MOSFET, les diodes, les condensateurs et les inductances est tr\u00e8s important. La s\u00e9lection de ces \u00e9l\u00e9ments doit \u00eatre faite de mani\u00e8re \u00e0 g\u00e9rer la charge attendue et \u00e0 minimiser les pertes et les interf\u00e9rences \u00e9lectromagn\u00e9tiques (EMI).<\/li>\n\n\n\n
                        • Circuits de commande et PWM : <\/strong>Les circuits de contr\u00f4le et les contr\u00f4leurs PWM doivent \u00eatre utilis\u00e9s de mani\u00e8re appropri\u00e9e pour garantir la pr\u00e9cision de la r\u00e9gulation de la tension et du contr\u00f4le de la fr\u00e9quence. Ces deux \u00e9l\u00e9ments sont essentiels pour que l'alimentation \u00e9lectrique puisse s'adapter \u00e0 des charges variables.<\/li>\n\n\n\n
                        • M\u00e9canismes de protection : <\/strong>La mise en place d'une protection contre les surtensions, les surintensit\u00e9s et la chaleur garantit la s\u00e9curit\u00e9 du SMPS et des appareils connect\u00e9s contre les dommages potentiels, ce qui am\u00e9liore la fiabilit\u00e9 de l'alimentation \u00e9lectrique.<\/li>\n\n\n\n
                        • Efficacit\u00e9 et facteur de puissance :<\/strong> Le facteur de puissance et l'efficacit\u00e9 de la conversion de l'\u00e9nergie sont des facteurs cruciaux pour r\u00e9duire le gaspillage d'\u00e9nergie et la conformit\u00e9 aux r\u00e9glementations, en particulier lors de la conversion d'un r\u00e9seau CA en une sortie CC stable.<\/li>\n\n\n\n
                        • Gestion de l'IME :<\/strong> S'assurer que la conception est optimis\u00e9e pour minimiser les interf\u00e9rences \u00e9lectromagn\u00e9tiques en utilisant une disposition, un blindage et une s\u00e9lection de composants appropri\u00e9s est la cl\u00e9 pour \u00e9viter les interf\u00e9rences avec d'autres appareils \u00e9lectroniques et r\u00e9pondre aux normes internationales.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n

                          Probl\u00e8mes courants et solutions pour la conception de SMPS<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

                          Les conceptions de SMPS sont souvent confront\u00e9es \u00e0 plusieurs probl\u00e8mes courants. Un probl\u00e8me courant est une mauvaise r\u00e9gulation de la tension, qui est g\u00e9n\u00e9ralement caus\u00e9e par une boucle de r\u00e9troaction instable ou une mauvaise s\u00e9lection des circuits de contr\u00f4le. Il est possible d'y rem\u00e9dier en utilisant des optocoupleurs de haute qualit\u00e9 et des r\u00e9sistances de pr\u00e9cision dans le r\u00e9seau de r\u00e9troaction. Ensuite, les interf\u00e9rences \u00e9lectromagn\u00e9tiques (EMI) sont un autre probl\u00e8me caus\u00e9 par les commutations \u00e0 haute fr\u00e9quence. Il est donc n\u00e9cessaire d'utiliser des techniques d'agencement des circuits imprim\u00e9s, des filtres EMI et des blindages appropri\u00e9s pour les r\u00e9duire au minimum. En outre, la gestion thermique est tr\u00e8s importante car la commutation \u00e0 haute fr\u00e9quence g\u00e9n\u00e8re de la chaleur qui peut entra\u00eener des arr\u00eats. Les dissipateurs de chaleur, les coussinets thermiques et la ventilation sont les moyens de r\u00e9soudre ce probl\u00e8me. Enfin, la d\u00e9faillance des composants due \u00e0 la surtension et \u00e0 la surintensit\u00e9 est \u00e9vit\u00e9e gr\u00e2ce \u00e0 des circuits de protection et \u00e0 des composants dont la valeur nominale est appropri\u00e9e.<\/p>\n\n\n\n

                          Conclusion<\/strong><\/h2>\n\n\n\n

                          \u00c0 l'avenir, les conceptions de SMPS se concentreront sur un rendement plus \u00e9lev\u00e9, la compacit\u00e9 et l'inclusion de nouvelles fonctions. L'\u00e9mergence des semi-conducteurs GaN (nitrure de gallium) et SiC (carbure de silicium) est une avanc\u00e9e majeure, qui permet des vitesses de commutation plus rapides et une moindre g\u00e9n\u00e9ration de chaleur. Cela donne lieu \u00e0 la production d'alimentations de petite taille et tr\u00e8s efficaces, avec de faibles interf\u00e9rences \u00e9lectromagn\u00e9tiques (EMI).<\/p>\n\n\n\n

                          FAQ<\/strong><\/h2>\n\n\n\n

                          Quel est le r\u00f4le du convertisseur Boost dans la conception d'un SMPS ?<\/strong><\/p>\n\n\n\n

                          Dans les SMPS, le convertisseur \u00e9l\u00e9vateur est utilis\u00e9 pour augmenter la tension d'entr\u00e9e en courant continu jusqu'\u00e0 une tension de sortie plus \u00e9lev\u00e9e en stockant l'\u00e9nergie dans le champ magn\u00e9tique de l'inducteur lorsqu'il est en marche et en la restituant \u00e0 la sortie lorsqu'il est \u00e0 l'arr\u00eat. Ce circuit est id\u00e9al pour les applications qui n\u00e9cessitent une tension de sortie plus \u00e9lev\u00e9e afin d'alimenter des appareils analogiques et des onduleurs.<\/p>\n\n\n\n

                          Comment fonctionne un convertisseur Buck dans un circuit SMPS et quels sont ses avantages ?<\/strong><\/p>\n\n\n\n

                          Le convertisseur buck du circuit du SMPS est charg\u00e9 de r\u00e9guler la tension d'entr\u00e9e CC \u00e0 une tension inf\u00e9rieure en activant et d\u00e9sactivant de mani\u00e8re r\u00e9p\u00e9t\u00e9e le MOSFET, cr\u00e9ant ainsi une onde carr\u00e9e qui charge l'inductance et le condensateur de sortie. Le r\u00e9gulateur assure une tension stable avec un rendement \u00e9lev\u00e9. C'est un \u00e9l\u00e9ment tr\u00e8s utile en \u00e9lectronique de puissance en raison de sa simplicit\u00e9 et de ses caract\u00e9ristiques de courant stables.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

                          Pr\u00e9face Les circuits SMPS (Switch Mode Power Supply) sont un \u00e9l\u00e9ment essentiel des appareils \u00e9lectroniques modernes, ils sont utilis\u00e9s pour convertir l'\u00e9nergie \u00e9lectrique d'une source d'alimentation dans la forme la plus efficace. Contrairement aux alimentations lin\u00e9aires constantes, les circuits SMPS contr\u00f4lent la tension de sortie en commutant rapidement une s\u00e9rie de transistors de puissance sur [...]<\/p>","protected":false},"author":1,"featured_media":4575,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_seopress_robots_primary_cat":"301","_seopress_titles_title":"Demystifying the Switch Mode PSU Circuit %%sep%% HEBAI","_seopress_titles_desc":"Unravel the mysteries of switch mode PSU circuits with our informative content. Get insights and tips on mastering this circuit design.","_seopress_robots_index":"","footnotes":""},"categories":[301],"tags":[],"class_list":["post-4632","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-switching-power-supplies"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.hebaiele.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/4632","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.hebaiele.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.hebaiele.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.hebaiele.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.hebaiele.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=4632"}],"version-history":[{"count":6,"href":"https:\/\/www.hebaiele.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/4632\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":4786,"href":"https:\/\/www.hebaiele.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/4632\/revisions\/4786"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.hebaiele.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/media\/4575"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.hebaiele.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=4632"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.hebaiele.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=4632"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.hebaiele.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=4632"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}