Considérations sur la régulation de ligne et de charge des alimentations et sur la configuration en cascade

Pour qu’une alimentation maintienne une sortie stable, il est important de s’assurer qu’elle peut maintenir une sortie donnée, quelles que soient les variations de la tension d’entrée, de l’appareil connecté ou de la charge. La régulation de ligne fait référence à la capacité d’une alimentation à maintenir sa tension de sortie en fonction des variations de la tension d’entrée. Ceci est particulièrement important lorsque la source d’entrée de l’alimentation est instable ou lorsque l’alimentation n’est pas régulée linéairement, ce qui peut entraîner des variations importantes de la sortie.

Les alimentations CC convertissent une source d’alimentation d’entrée CA en un niveau de sortie CC souhaité. Certaines alimentations CC nécessitent une alimentation supplémentaire provenant d’une alimentation auxiliaire pour atteindre les niveaux de sortie souhaités. La régulation de ligne est généralement indiquée pour les alimentations qui nécessitent une alimentation auxiliaire, mais n’est pas spécifiée autrement. Par conséquent, vous ne devez pas vous alarmer si une alimentation donnée ne présente pas de spécification de régulation de ligne.

La régulation de ligne implique la stabilité d’une alimentation par rapport à sa tension d’entrée ; la régulation de charge est la capacité d’une alimentation à maintenir un niveau de sortie constant en fonction des variations de sa charge. Par exemple, si une alimentation de 10 W est configurée pour produire 10 V en mode de tension constante, elle doit rester à 10 V, qu’elle fournisse 1 mA ou 1 A de courant. La régulation de charge est la mesure de la variation attendue de la sortie sur toute la capacité de sortie de l’alimentation. Par ailleurs, en mode de courant constant, la régulation de charge fait référence au degré de variation du courant de sortie par rapport à la variation de la chute de tension.

Comme mentionné précédemment, différentes conditions de charge peuvent avoir un impact sur la capacité d’une alimentation CC programmable à fonctionner comme prévu. Vous devez faire preuve de prudence lorsque vous alimentez des charges capacitives, inductives et à courant inverse. Une mauvaise utilisation peut provoquer des oscillations du signal de sortie ou endommager l’alimentation. L’oscillation d’un signal d’alimentation est une oscillation indésirable de la tension de sortie lorsque l’alimentation tente de se rétablir après un transitoire causé par une variation soudaine du courant. L’oscillation affecte la capacité d’un système à se stabiliser, ce qui augmente le temps de mesure et, si les pics d’oscillation sont suffisamment élevés, peut même endommager les circuits connectés. Vous trouverez ci-dessous des directives générales pour différentes conditions de charge ; cependant, en cas de doute, reportez-vous à la documentation de votre alimentation pour en savoir plus.

^{Figure 1. La réponse transitoire peut affecter le temps de mesure et la précision si elle est instable ou trop lente.}

Charges capacitives

En général, une alimentation reste stable lorsqu’elle commande une charge capacitive, mais certaines charges peuvent provoquer des oscillations de la réponse transitoire de l’appareil. La vitesse de balayage d’une alimentation est la vitesse maximale de variation de la tension de sortie en fonction du temps, qui est directement liée à la réponse transitoire. Lorsque vous utilisez une alimentation pour commander un condensateur, la vitesse de balayage ne peut dépasser la limite du courant de sortie divisée par la capacité totale de la charge, comme indiqué ci-dessous.

En utilisant la formule de vitesse de balayage, vous constaterez que plus la capacité de charge est importante, plus la variation de la tension de sortie est lente. Si la réponse transitoire est trop lente, le temps de mesure risque d’être affecté négativement car vous devez attendre que le système se stabilise avant d’effectuer des mesures précises. En revanche, si la vitesse de balayage est trop élevée, des oscillations peuvent se produire. De plus, les condensateurs sont couramment utilisés pour atténuer les oscillations dans d’autres conditions de charge.

Charges inductives

Une alimentation reste généralement stable lorsqu’elle commande une charge inductive en mode de tension constante. Si une charge inductive est commandée par une alimentation fonctionnant en mode de courant constant, en particulier dans des gammes de courant plus élevées, l’alimentation peut devenir instable. Dans ces situations, l’augmentation de la capacité de sortie peut permettre d’améliorer la stabilité du système.

Certaines alimentations disposent d’une option de capacité de sortie programmable par l’utilisateur, ce qui vous permet de choisir un paramètre de capacité plus élevé pour réduire les risques d’oscillation. Vous pouvez également fournir une capacité externe parallèle à votre charge, ce qui atténue les oscillations. Les valeurs de condensateur typiques utilisées pour réduire les oscillations lors de la commande d’une charge inductive sont de 0,1 à 10 µF. Cependant, comme décrit dans la section précédente, plus la capacité est importante, plus la réponse en sortie est lente. Vous devez donc utiliser la capacité minimale requise pour réduire les effets de l’oscillation. En général, vous souhaitez que la tension de sortie se rétablisse aussi rapidement que possible après des transitoires afin de limiter le temps pendant lequel votre circuit reçoit des niveaux de tension indésirables. Plus vite votre système revient à un niveau de sortie stable, plus vite vous pouvez effectuer vos mesures, d’où une durée totale de test plus courte. Pour en savoir plus, reportez-vous à la documentation de votre alimentation.

Charges à courant inverse

Parfois, une charge active peut transmettre un courant inverse à l’alimentation. Les alimentations qui ne sont pas conçues pour un fonctionnement en quatre quadrants risquent d’être endommagées si des courants inverses sont appliqués à leurs bornes de sortie. Les courants inverses peuvent faire passer votre alimentation en mode non régulé. Pour éviter les courants inverses, vous pouvez utiliser une charge « bleed-off » pour précharger la sortie de l’appareil. Idéalement, une charge « bleed-off » devrait tirer de l’appareil la même quantité de courant qu’une charge active peut transmettre à l’alimentation. 

Figure 2. Utilisez une charge « bleed-off » pour protéger votre alimentation des dommages causés par des courants inverses.

Par exemple, supposons que votre alimentation fonctionne en mode de tension constante, fournissant 10 V à une charge active capable de produire un courant inverse de 30 mA. Dans ce cas, une résistance parallèle sert de charge « bleed-off » pour précharger la sortie de l’alimentation. La valeur de la résistance de fuite doit être telle que le courant sortant de l’alimentation soit supérieur ou égal au courant inverse produit par votre charge active. La division de 10 V par 30 mA suggère d’utiliser une résistance de précharge de 333 Ω, ce qui correspond effectivement au courant inverse et évite d’endommager l’alimentation.

Choisir un matériel avec une protection contre les surcharges

Comme décrit dans les sections précédentes, il est important de comprendre les conditions de charge de votre équipement et de l’environnement de test. Vous pouvez également choisir le matériel qui vous aidera à protéger votre investissement en cas de problème. Les alimentations programmables PXI de NI comprennent des fonctionnalités telles que la protection des sorties des voies et des entrées d’alimentation auxiliaire, ainsi que la protection contre la surchauffe.

La tension et le courant de sortie peuvent être augmentés en mettant en cascade les sorties d’une alimentation multivoie ou de plusieurs alimentations. Parfois, une application nécessite une tension ou un courant supérieur à ce qu’une seule voie d’une alimentation peut fournir. La mise en cascade des voies d’une alimentation peut étendre les capacités de tension et de courant d’une sortie. Toutefois, vous devez faire preuve d’une extrême prudence lors de cette opération, car cela peut facilement endommager l’alimentation ou nuire à l’utilisateur si elle n’est pas effectuée correctement. 

Mise en cascade des voies d’alimentation pour augmenter la tension de sortie

Si votre alimentation offre des sorties isolées, ou si vous disposez de plusieurs alimentations isolées, vous pouvez facilement étendre la gamme de tension de sortie maximale en mettant en cascade les voies. Pour mettre en cascade plusieurs voies isolées d’une ou plusieurs alimentations, connectez les voies en série comme indiqué sur la figure 3. La tension résultante fournie à votre charge sera égale à la somme des tensions des différentes voies.

^{Figure 3. Augmentez la tension de sortie en mettant en cascade des voies d’alimentation isolées.}

Important : Lors de la mise en cascade des voies d’alimentation, assurez-vous que la tension entre chaque broche et la masse de l’appareil est inférieure à la tension d’isolation maximale spécifiée. Par exemple, si les spécifications d’isolation de votre appareil indiquent que chaque voie est isolée jusqu’à 60 VCC de la masse, la tension entre chaque broche et la masse doit être inférieure à 60 VCC. Le non-respect de ces spécifications peut endommager l’appareil et/ou nuire à l’utilisateur.

Les alimentations programmables PXI de NI offrent des voies avec des sorties isolées, ce qui vous permet de mettre en cascade plusieurs voies pour générer une tension de sortie plus élevée. Reportez-vous à la documentation et aux spécifications pour obtenir des informations détaillées et des recommandations sur la manière de combiner des voies de sortie.

Mise en cascade des voies d’alimentation pour augmenter le courant de sortie

Si votre alimentation offre des sorties isolées, ou si vous disposez de plusieurs alimentations isolées, vous pouvez facilement étendre la gamme de courant de sortie maximale en connectant des voies en parallèle. Pour augmenter le courant de sortie en mettant en cascade plusieurs voies isolées d’une ou plusieurs alimentations, connectez les voies en parallèle comme indiqué sur la figure 4. Le courant résultant fourni par l’alimentation à votre charge sera égal à la somme des courants de chaque voie.

^{Figure 4. Augmentez le courant de sortie en mettant en cascade des voies d’alimentation isolées.}

• La régulation de ligne est la capacité d’une alimentation à maintenir la tension de sortie en fonction des variations de la tension de ligne d’entrée.
• La régulation de charge est la capacité d’une sortie d’alimentation à rester constante en fonction des variations de charge.
• Vous devez faire preuve de prudence lorsque vous alimentez des charges capacitives, inductives et à courant inverse. Une mauvaise utilisation peut provoquer des oscillations du signal de sortie ou endommager l’alimentation.
• L’oscillation d’un signal d’alimentation est une oscillation indésirable de la tension de sortie lorsque l’alimentation tente de se rétablir après un transitoire causé par une variation soudaine du courant. Cela peut augmenter le temps de test ou même endommager les circuits connectés en raison des pointes de haute tension.
• La vitesse de balayage d’une alimentation est la vitesse maximale de variation de la tension de sortie en fonction du temps.
• Si une charge inductive est commandée par une alimentation fonctionnant en mode de courant constant, l’augmentation de la capacité de sortie peut améliorer la stabilité du système.
• Les courants inverses peuvent faire passer votre alimentation en mode non régulé et causer des dommages. Pour éviter les courants inverses, utilisez une charge « bleed-off » pour précharger la sortie de l’appareil.
• La tension et le courant de sortie peuvent être augmentés en mettant en cascade les sorties d’une alimentation multivoie ou de plusieurs alimentations.
• Lors de la mise en cascade des voies d’alimentation, assurez-vous que la tension entre chaque broche et la masse de l’appareil est inférieure à la tension d’isolation maximale spécifiée.
• Le courant porteur désigne la quantité de courant pouvant traverser un relais précédemment fermé sans causer de dommages. D’autre part, le courant de commutation est le courant nominal maximal pouvant traverser le commutateur lors de la prise ou de la rupture de contact sans causer de dommages.