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Un ordinateur consomme de l’énergie, ce qui se traduit par une facture d’électricité conséquente. Cet article explore en détail l'élément central de la gestion de l'énergie : le bloc d'alimentation. Nous aborderons la transformation du courant, la théorie de l'électricité et l'importance de la qualité du courant pour la santé des composants de votre ordinateur.
Pour comprendre le fonctionnement d'une alimentation, il est essentiel de connaître les bases de l'électricité :
Le courant électrique peut s'inverser, ce qui donne lieu au courant alternatif. Si ce changement de sens est périodique, le courant est dit alternatif. La tension efficace des prises électriques domestiques est d'environ 230 V. Cependant, les composants de l'ordinateur utilisent un courant continu de tension 5 ou 12 V. La problématique est donc de transformer un courant alternatif de 230 V, 50 Hz en un courant continu et constant de 5 ou 12 V.
Un bloc d'alimentation est équipé de plusieurs composants essentiels pour transformer le courant :
Tous les composants du bloc d’alimentation ont un rôle à jouer dans la transformation du courant. C’est un peu comme une recette de cuisine : pour réaliser votre plat, vous devez faire passer les ingrédients de départ par toute une série d’étapes et d’ustensiles en tout genre. Après chaque étape, le plat n’est pas encore fameux mais s’approche du résultat final.
Depuis 2001, les normes européennes et japonaises (IEC1000-3-2) imposent que tous les nouveaux appareils consommant plus de 75 W comportent une correction du facteur de puissance pour respecter l’environnement. Ces standards imposent des limites sur le niveau des courants harmoniques engendrés par un système électrique à son entrée, et plus particulièrement pour des appareils de classe D (< 600 W) dont les ordinateurs font partie.
Le but est de limiter les parasites qui polluent à la fois le courant fourni à l’ordinateur, mais également le réseau électrique de la maison. Un PFC peut être actif ou passif. Un signal réel n’est jamais parfait et il est plus ou moins déformé car les appareils électriques engendrent des charges non linéaires (elles déforment le courant). Ce signal peut être décomposé en une somme de plusieurs signaux sinusoïdaux superposés ayant chacun leur fréquence (décomposition de Fourier).
Le FP est un terme qui décrit les caractéristiques des signaux en entrée d’un appareil électrique utilisant du courant alternatif. Globalement, le FP est défini par le rapport entre la puissance active P (en watts) et la puissance apparente S (en voltampères). Il varie entre 0 et 1 et n’a pas d’unité :
FP = P / S
La puissance active P est la puissance utile, tandis que la puissance apparente S est celle appelée par l'appareil sur le réseau. Un PFC vise à annuler la puissance réactive Q et la puissance déformante D, afin d'avoir une puissance apparente égale à la puissance active.
Voici un exemple d’une alimentation qui ne dispose d’aucun PFC. On s’intéresse uniquement à l’allure du courant tiré du réseau :
Le courant est très déformé et, de ce fait, il contient beaucoup d’harmoniques. La décomposition spectrale de l’allure du courant permet de connaître l’amplitude des courants harmoniques par rapport au courant issu du fondamental (celui qui nous intéresse). C’est ce que le graphe de droite montre avec des harmoniques d’amplitude très élevées.
Avec un PFC passif qui rectifie déjà bien l’allure du courant et lui permet de contenir moins d’harmoniques:
Sa forme est beaucoup plus proche d’une sinusoïde et c’est beaucoup mieux pour le réseau, le niveau des harmoniques a déjà bien diminué.
Dans un monde parfait, toutes les transformations de courant et tension se dérouleraient sans encombre et toute la puissance délivrée par la prise électrique serait utilisée par l’ordinateur. Mais une alimentation n’est jamais parfaite, malheureusement. Si l’alimentation délivrait à l’ordinateur toute la puissance qu’elle reçoit en entrée, alors le rendement serait de 1 (c’est-à-dire 100%). Mais ce n’est jamais le cas, le rendement est donc toujours inférieur à 1.
Depuis 2007, le label 80 Plus a été mis en place afin de garantir un rendement acceptable pour les alimentations du commerce. « Acceptable » signifie que les pertes n’excèdent pas 20%. Autrement dit, le rendement doit être d’au moins 80%. Par soucis d'économie, certains constructeurs n'hésitaient pas à proposer des alimentations au rendement exécrable ! Ce n'était bon ni pour l'environnement, ni pour la facture !
Le rendement varie selon la sollicitation de l’alimentation. Si cette dernière est trop ou trop peu sollicitée, alors le rendement est légèrement inférieur. Une bonne alimentation se doit d'avoir un rendement élevé.
| Label 80 PLUS | 20% de charge | 50% de charge | 100% de charge |
|---|---|---|---|
| 80 PLUS Standard | 80% | 80% | 80% |
| 80 PLUS Bronze | 82% | 85% | 82% |
| 80 PLUS Argent | 85% | 88% | 85% |
| 80 PLUS Or | 87% | 90% | 87% |
| 80 PLUS Platine | 90% | 92% | 89% |
| 80 PLUS Titane | 92% | 94% | 90% |
La qualité du courant est primordiale pour ne pas abîmer les composants de votre ordinateur. Le courant attendu est continu et la tension doit être la plus stable possible. Plus le ripple est élevé, plus les composants vont être abîmés au fil du temps. Acheter une alimentation délivrant une tension « propre » est donc un investissement d’avenir.
Pour éviter les effets indésirables sur les composants de votre ordinateur, rien ne vaut une alimentation de qualité. Mais même avec un bloc haut de gamme, vous ne serez pas à l'abri d'un autre type d'incident : la coupure électrique. Pour se prémunir de tout cela, vous pouvez vous procurer un onduleur. Le principe de base est simple : l'onduleur est branché à la fois au secteur et à l'ordinateur et en cas de soucis, une batterie contenue dans l'onduleur prend le relais.
Côté format, on retrouve le même genre de dénominations que pour les cartes mères. Le format le plus courant est le format ATX. On trouve également des micro-ATX ou mini-ITX pour les boîtiers de plus petite taille.
Concernant les connecteurs, on retrouve de nombreuses normes afin de répondre aux attentes des différents composants de l’ordinateur. Notons que les lecteurs disquettes sont également alimentés via des ports MOLEX. Mais je doute que vous en ayez encore grand besoin aujourd’hui. Certaines alimentions dites « modulaires » permettent de débrancher les câbles inutilisés.
Les relais sont essentiellement des commutateurs qui contrôlent d’autres commutateurs. Ils utilisent un signal de faible puissance pour contrôler un circuit de puissance plus élevée. Cette conception isole efficacement le signal de faible puissance du circuit de puissance supérieure, protégeant ainsi l’opérateur et l’équipement contre les dommages. Il permet également de contrôler un appareil ou un système à distance.
Les relais de puissance sont des produits spécialement conçus pour gérer la commutation d’un courant de haut niveau, allant de quelques ampères à des quantités beaucoup plus élevées. La capacité intégrée des contacts de relais de puissance à gérer des courants plus importants, associée à leur taille plus grande et à leurs bobines plus robustes, fait des relais de puissance un bon choix lors de la commutation de courants généralement supérieurs à 10 ampères.
Comme pour les relais ordinaires, les relais de puissance sont de deux types de base, électromécaniques et à semi-conducteurs. Les relais statiques pour les applications haute puissance commutent les courants alternatifs ou continus sans utiliser de pièces mobiles. Ils utilisent plutôt un semi-conducteur, tel qu’un redresseur contrôlé par silicium (SCR), un TRIAC (triode pour courant alternatif) ou un transistor de commutation pour commuter le courant.
Un convertisseur de puissance est un circuit électrique qui convertit l'énergie électrique d'une forme à une autre, en utilisant généralement une action de commutation à haute fréquence. Cette conversion peut se faire du courant continu au courant alternatif ou du courant alternatif au courant continu pour augmenter ou diminuer la tension ou changer la polarité.
Le courant alternatif fourni par le transformateur abaisseur est converti en courant continu au niveau de la connexion de l'extrémité de la charge à l'aide du redresseur. Un redresseur demi-onde ou un redresseur pleine onde peut être utilisé pour convertir une tension alternative en tension continue.
Pour les applications pratiques, un condensateur est connecté à la sortie en parallèle avec la résistance. Le condensateur agit comme un filtre qui lisse la tension de sortie pulsée jusqu'au niveau de courant continu approprié. Un circuit intégré régulateur de tension régule la tension de sortie à la valeur fixe souhaitée.
Un PC puissant, qu’il soit destiné au jeu ou à d’autres usages, ne doit pas être équipé d’une alimentation sous-dimensionnée. Une puissance insuffisante peut entraîner des instabilités du système, des redémarrages intempestifs, voire un refus de démarrage. Pire encore, une alimentation en surchauffe délivrant un courant électrique irrégulier met directement en danger vos composants.
Estimez la consommation de vos composants avec une petite marge de sécurité. Des outils automatisés se chargent d’estimer la puissance nécessaire à votre machine à partir de la liste des composants et des périphériques USB.
Une bonne alimentation est une alimentation qui ménagera votre facture électrique sur le court et le moyen terme. Pour le court terme, il faut choisir une alimentation possédant un bon rendement. Sur le moyen terme, c'est la qualité du courant délivré qui devra être étudiée de près afin de ne pas abîmer les autres composants de votre machine.
tags: #alimentation #de #puissance #fonctionnement
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