Alimentations isolées ou non isolées: faire le bon choix

Electrical power supplies

En tant que concepteur de circuits imprimés, il se peut qu'à un moment de votre carrière vous deviez adhérer à des organismes de réglementation. Quelle soit destinée au domaine médical, automobile, militaire ou tout autre domaine de ce type, votre conception sera certainement examinée minutieusement et devra respecter des normes très strictes. Souvent, lorsque ces réglementations sont en vigueur, l'isolement de l'alimentation (ou l'absence d'isolement) est un sujet qui revient très souvent. 

L'isolement électrique fait en principe référence à ce que le terme évoque : le fait d'isoler l'alimentation électrique du reste du circuit appliqué. Ces organismes sont tous préoccupés par ce sujet pour des raisons évidentes, notamment dans le domaine médical. Si une alimentation non isolée alimente votre circuit imprimé médical, il y a un plus grand risque que l'alimentation provoque des chocs dangereux et affecte votre appareil, ce qui pourrait blesser l'utilisateur (voire même le patient !). Aïe !

Avec une meilleure compréhension des alimentations électriques isolées et non isolées, de leurs éventuelles défaillances et de leur fonctionnement optimal, nous pouvons essayer de faire mieux en fabriquant des dispositifs qui fonctionneront sans problème et, bien entendu, sans risque. Alors, faisons nous tous plaisir, et examinons bien ces réglementations avant que vous ne décidiez d'opérer une autre personne. 

L'alimentation isolée

Encore une fois, comme le terme le suggère, une alimentation isolée est une alimentation qui est isolée électriquement du reste du circuit qu'elle alimente. L'utilisation d'un transformateur constitue une « barrière » pour la plupart de ces alimentations isolées. 

Les transformateurs sont essentiellement de gros aimants. Ces aimants absorbent un courant alternatif typique et essayent d'augmenter ou de diminuer la tension en fonction de vos besoins en aval. L'avantage de l'isolement est que l'aimant agit littéralement comme une paroi de protection magnétique, en ce sens qu'il arrête immédiatement toute surtension importante susceptible de traverser le transformateur. Cela permet de protéger tout ce qui se trouve en aval du transformateur ou, en d'autres termes, de « l'isoler ».

Comme indiqué précédemment, ces alimentations  sont souvent nécessaires pour les industries réglementées. Cependant, comme on utilise le plus souvent un gros aimant à cet effet, vous pouvez tout aussi bien dire adieu aux contraintes d'espace que vous pensiez avoir. Toutefois, je préfère (et c'est probablement aussi le cas de beaucoup d’autres) un gros appareil isolé et sûr, plutôt que de courir le risque de subir une décharge électrique dangereuse lors de son utilisation !

Un autre inconvénient constaté lors de l'utilisation de ces alimentations isolées c'est le problème de l'efficacité. Ces transformateurs ne sont tout simplement pas aussi efficaces que leurs homologues non isolés. Cette inefficacité provient des propriétés physiques du transformateur même. Si vous voulez, lorsque vous utilisez le noyau de fer comme « levier », vous perdez un peu d'énergie car la chaleur se dissipe à travers le métal et dans l'air (veillez à ce qu'elle quitte définitivement votre appareil).

A power transformer

On utilise souvent un transformateur comme celui-ci pour les alimentations isolées

L'alimentation non isolée

Maintenant que nous savons ce qui isole une alimentation de votre circuit, il semble assez évident que le retrait du transformateur de la chaîne de conception en fait soudainement une alimentation non isolée, qui l'aurait cru ? Ces alimentations utilisent souvent des puces pour réguler leur puissance.

La conception d'une carte sans isolement électrique est une pratique courante, en particulier lorsqu'elle n'est pas contrôlée par des organismes de réglementation. Toutefois, je vous encourage vivement à tenir compte de l'utilisateur final tout au long de votre parcours de conception, car vous pourriez vous épargner un procès ou deux dans le cas où votre alimentation venait à heurter le ventilateur et faisait subir à votre client préféré une décharge électrique qu'il n'oubliera pas de sitôt.

Il existe de nombreux avantages à la conception de ces alimentations non isolées. Tout d'abord, vous bénéficierez d'une belle augmentation de l'espace disponible (par rapport à une conception isolée) car vous n’aurez pas besoin de mettre un gros aimant dans votre boîtier. [Avis complet de non-responsabilité : Altium est une entreprise de transformateurs qui souscrit au principe de l'égalité d'accès à l'emploi. Nous acceptons les aimants de toutes formes et de toutes tailles - Allez, venez par ici tous les aimants !]

Overloaded circuit

Du fait de leur conception, les alimentations non isolées présentent toujours un risque d'électrocution.

Toutes plaisanteries mises à part, vous bénéficierez en outre d'une efficacité accrue de votre alimentation électrique car, encore une fois, n'aurez pas besoin d'utiliser un aimant gros, volumineux et inefficace. De nos jours, ces aimants n'ont pas l'air d'être appréciés du plus public. Bon nombre de ces unités non isolées se situent bien en deçà du 95e centile d'efficacité.

Il est important de noter qu'il est courant de placer ces alimentations non isolées en aval d'une alimentation isolée (parfois séparées physiquement les unes des autres). C'est un montage peu plus complexe, mais qui présente l’avantage de vous offrir une protection qui répond à vos exigences en matière de sécurité. Il peut s'agir, par exemple, d'une alimentation électrique médicale autonome (isolée) qui alimente une poignée de dispositifs (non isolés) en aval.

Alors, quelle est l'alimentation qui vous convient le mieux ?

Après présentation des faits, des avantages et des applications, savez-vous laquelle convient le mieux à votre utilisation ? Cela dépendra probablement de quelques facteurs concrets, mais vous disposez évidemment de nombreuses options pour tirer parti de l'une ou de l'autre.

Si vous gardez à l'esprit que l'isolement de votre alimentation vous privera d'une grande partie de l'espace dont vous avez par ailleurs besoin et qu'elle sera légèrement moins efficace, mais vous offrira une protection, et que l'alimentation non isolée vous procurera espace et efficacité mais au détriment (potentiellement dangereux) de votre protection, vous aurez suffisamment d'informations pour vous permettre de choisir en connaissance de cause.

Des programmes comme Altium peuvent aider considérablement à la conception et au routage de l'une ou l'autre de ces conceptions. D'excellentes fonctionnalités comme leur PDNA peuvent vous fournir une excellente analyse de la répartition de l’alimentation dans n’importe quelle partie de votre conception. 

Si vous souhaitez discuter de la conception de l'alimentation qui vous convient, contactez un expert Altium dès aujourd'hui.

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