Fonctionnement et utilisation d’une alimentation stabilisée de laboratoire (BNC)

Que ce soit pour alimenter nos platines électroniques ou des charges particulières, une alimentation stabilisée ou de laboratoire est toujours très utile. Oui, mais en trouver une de qualité lorsqu’on en a besoin, n’est pas forcément toujours facile. Du coup, on se demande souvent quel modèle prendre aujourd’hui, parmi tout ce qui se vend sur le net ?

Une alimentation stabilisée est un instrument de laboratoire permettant d’assurer l’alimentation d’un circuit à l’aide d’une tension continue. Ces alimentations possèdent souvent plusieurs canaux, réglables en tension, indépendamment. Avec de faibles ou moyennes puissances allant de 30W à 1kW, une alimentation de laboratoire est destinée à être posée sur table et est équipée de sorties en face avant (unique ou multiples), pour le branchement direct de câbles d'alimentation.

Principes de fonctionnement

Le rôle d'une alimentation stabilisée de laboratoire, qu'elle soit linéaire, à découpage, mixte… est de délivrer une tension continue indépendante du courant consommé par la charge et insensible aux variations d’environnement (perturbations secteur, température…).

Le fonctionnement de base d’une alimentation stabilisée comprend généralement : un transformateur, un redresseur, un filtre et un régulateur de tension. Comme la plupart des alimentations stabilisées, mon alim serait composée d’un transformateur, un redresseur, un filtre et un régulateur de tension.

Il existe deux grandes familles de régulation :

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• Les régulateurs linéaires : ils permettent une bonne régulation vis-à-vis des variations de charge, une rapidité de réponse aux perturbations ainsi qu’une faible ondulation résiduelle de la tension de sortie. Si vous recherchez une tension avec une grande pureté (très peu de bruit), il vous faut favoriser les alimentations linéaires.
• Les régulateurs à découpage : plus compacts et efficaces, ils fournissent plus de puissance mais génèrent un bruit haute fréquence et des parasites. Les commutations de courants créent des perturbations et les circuits de commande sont plus complexes.

La plupart du temps, la tension de sortie d'un régulateur de tension ajustable est déterminée par la valeur de deux résistances additionnelles.

Modes CV / CC : tension constante et courant constant

Le saviez-vous ? vous verrez souvent des mentions « CV » ou « CC » apparaître sur la plupart des alimentations stabilisées. En fait, CV signifie « Constant Voltage » (tension constante), et CC veut dire « Constant Current » (courant constant).

Dans un cas, c’est la tension qui est fixe tandis que le courant varie, et dans l’autre, c’est le courant qui est fixe, tandis que la tension varie. En temps « normal », l’alimentation sera en mode CV, et le restera tant que le courant consommé par la charge branchée sur elle ne dépassera pas une certaine limite (la valeur qu’on a réglé au niveau du courant sur l'alim). Au delà, l’alimentation passera automatiquement en mode CC, c’est à dire qu’elle limitera son courant de sortie à la valeur maximale de consigne, que vous aurez préalablement choisi.

Cette fonction est idéale pour limiter d’éventuels dégâts en cas de courts-circuits, mais également pour charger ses batteries à courant constant, puis à tension constante, comme le préconisent bon nombre de fabricants d’accus.

Types d’alimentations et usages

Les instruments sont globalement répartis en plusieurs catégories : alimentation à canal unique ou multicanale, bipolaire ou unipolaire et linéaire ou à découpage. Une alimentation unipolaire fournit une tension positive, tandis qu’une alimentation bipolaire fournit des tensions positives et négatives. Les alimentations multicanaux sont généralement utilisées pour développer des appareils dotés de circuits numériques et analogiques.

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Les alimentations à sorties multiples permettent de disposer de plusieurs tensions simultanément, correspondant aux besoins des différents composants logiques et analogiques par exemple. Dans certains cas, les différentes sorties peuvent être combinées entre elles pour proposer des plages de courant et tension supérieures : fonctionnement en série pour augmenter la tension, ou en parallèle pour augmenter le courant.

Programmabilité et fonctions avancées

Les alimentations programmables ou pilotées peuvent être contrôlées par des séquences de test internes, par entrée analogique, ou par programmation numérique via RS232, USB, GPIB ou LAN(LXI). Ces modèles sont particulièrement adaptés pour la production et les bancs de tests. Le réglage manuel des valeurs de tension et des limites de courant peut être chronophage ; la fonction de séquence permet d’exécuter des scénarios sans intervention constante.

Une fonction importante pour la précision est la télédétection (voltmètre à distance) : elle compense la chute de tension le long des cordons de test et permet une lecture précise au niveau du DUT plutôt qu’aux bornes d’entrée de l’alimentation.

Caractéristiques clés à vérifier lors de l’achat

• Plage tension et courant maximum (ex : 0-30 V / 0-10 A, ou 0-60 V / 0-5 A).
• Limite de puissance (W) qui conditionne les couples tension/courant réellement disponibles.
• Résolution et précision d’affichage (ex : 0,01 V ; 0,01 A) pour des réglages fins.
• Ondulation résiduelle (ripple) et niveau de bruit : critique pour les mesures sensibles.
• Protections : OVP (surtension), OCP (surintensité), protection contre les courts-circuits et la surchauffe.
• Refroidissement et bruit : systèmes intelligents de contrôle de température réduisent le bruit de ventilation.
• Conformité aux normes (CE, RoHS) et garantie constructeur.
• Connectivité et programmabilité (USB, RS232, GPIB, LAN) si indispensable.
• Possibilité d’association maître/esclave pour augmenter courant ou tension.

Exemples de modèles et retours d’expérience

Ayant fait le tour d’un peu tout ce qui se vendait sur internet, j’ai examiné bon nombre d’alimentations de laboratoire, afin de savoir quelles étaient les meilleures du moment. Pour ce faire, j’ai parcouru leurs caractéristiques, mais aussi tous les avis clients que j’ai pu lire à leur sujet. Et parmi toutes celles que j’ai pu passer en revue et à la loupe, j’ai finalement retenu six modèles d’alimentation variable qui, selon moi, sont les meilleures qui soient en ce moment, tant au niveau qualité que du prix.

1 - EVENTEK : alimentation laboratoire pas cher (0-30 V / 0-5 A)

Qui a dit qu’il fallait se ruiner pour avoir une bonne petite alimentation stabilisée, efficace et pas cher ? Car cette petite alimentation de laboratoire compacte comprend tout ce qu’il faut pour bien démarrer, et ce, sans avoir à casser sa tirelire !

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Elle dispose d’une tension réglable de 0 à 30 volts, un courant pouvant être régulé de 0 à 5 ampères, des boutons de réglages « grossiers » et « fins », des voyants CC et CV, un poids limité (~1,8 kg) et des dimensions compactes (8 x 16 x 22 cm). Elle intègre des sécurités : protection contre les surcharges de tension, protection thermique, limitation de courant, et protection contre les courts-circuits. Certifiée RoHS et CE, livrée avec cordon d’alimentation et deux jeux de cordons de sortie.

La résolution d’affichage est de 0,1 V pour la tension et 0,01 A pour le courant. Elle fonctionne en découpage avec une efficacité remarquable (jusqu’à 89%) et un contrôle intelligent de la température interne permettant de limiter le bruit de ventilation.

2 - KAIWEETS : alimentation 30V 10A (meilleure polyvalence)

Pour ma part, c’est l’alimentation stabilisée 30V 10A de KAIWEETS qui a eu ma préférence, car elle est super simple d’utilisation, efficace, et pas cher ! Elle dispose même d’une sortie USB en façade, ce qui est très pratique pour alimenter certains petits projets, ou cartes Arduino.

4 potentiomètres (2 pour la tension, 2 pour l’intensité) avec réglages grossiers et fins, résolution d’affichage 0,01 V et 0,01 A, afficheur LED rouge très lisible. Voyants C.V et C.C présents, sortie USB 5V/2A en façade, nombreuses protections électriques (surtension, surintensité, surchauffe, court-circuit). Bloc robuste avec poignée de transport, ouïes latérales de ventilation, marquages CE et RoHS. Dimensions compactes : 12,7 x 15,4 x 28,5 cm, poids environ 2 kg.

3 - TOP POWER : alimentation haute tension 0-60 V / 0-5 A

Besoin d’une alimentation stabilisée 60V, pour vos plus gros projets ? Alors découvrez cette alimentation de laboratoire haute tension, dépassant les classiques alims de labo limitées à 30V. Elle se règle de 0 à 60 volts, avec un courant pouvant aller de 0 à 5 ampères, idéale pour alimenter des circuits électroniques ou batteries nécessitant 48V et plus.

Aspects pédagogiques et applications en TP

Nous avons sélectionné dans cette sous-famille les alimentations à destination principalement de l’éducation. Elles peuvent avoir 3 types de sorties : AC, DC et AC/DC. Les alimentations disponibles en salle des TP d’ETI de l’Institut d’Optique sont des alimentations stabilisées de type ISO-TECH / IPS-2303, à trois canaux de sortie (2 réglables de 30V-3A et 1 fixe de 5V-3A), ou de type Philips PE1542, à trois canaux de sortie (tous réglables : 2 de 30V-1A et 1 de 7V-3A).

Sur l’ISO-TECH IPS-2303, il y a deux canaux disponibles et réglables entre 0 et 30V (3A par canal). Chacun des canaux possède un potentiomètre VOLTAGE et un potentiomètre CURRENT. Un bouton ON-OFF sécurise les sorties. Si le courant demandé dépasse la limite préréglée, l’alimentation bascule en mode CC et la tension en sortie baisse pour protéger la charge. Ces alimentations permettent aussi la combinaison des canaux en série (jusqu’à 60V) ou en parallèle (jusqu’à 6A) via des boutons poussoirs.

Conception d’une alimentation stabilisée (exemple pédagogique)

Dans le cadre d’un cours d’électronique de puissance, réaliser une alimentation stabilisée peut respecter le cahier des charges suivant : conversion de la tension domestique alternative en une tension continue de 0 à 15 V. Le montage typique permet d’obtenir une tension variable, par redressement (D1-D4), filtrage (C1) et régulation via un régulateur ajustable. Un potentiomètre P1 permet de varier la tension de sortie (par ex. 2 à 9 V pour certains montages), et un transistor T1 peut amplifier le courant de sortie (passe de 150 mA à 500 mA dans l’exemple).

Pour des limites de courant plus élevées (500 mA - 7 A), on peut envisager l’emploi d’une série de transistors ou d’un montage passif/actif adapté, avec un limiteur de courant réglable. Le fonctionnement du circuit est simple : après redressement par D1 à D4, une tension continue non stabilisée se trouve sur le condensateur C1 ; la régulation stabilise ensuite la tension de sortie.

Sécurité et bonnes pratiques

• Toujours vérifier la présence des protections OVP/OCP et du fusible secteur : ces fonctions permettent de protéger le circuit alimenté.
• Ne pas obstruer les ouïes de ventilation : la protection thermique est essentielle pour éviter la surchauffe.
• Utiliser la fonction CC pour limiter le courant lors des essais initiaux afin d’éviter d’endommager les composants.
• Pour des mesures précises, placer la télédétection si disponible et utiliser des câbles de faible résistance pour minimiser la chute de tension.
• Suivre les consignes d’association de canaux (série/parallèle) et lire le mode d’emploi pour la détection à distance et les limitations.

Comparatif synthétique

Conseils finaux pour choisir une alimentation de banc adaptée

Très souvent, les alimentations DC sont classées en fonction de leur tension maximale et de leur courant maximal, mais n’oubliez pas de regarder également la limite de puissance et la plage de couples courant/tension. Favorisez les modèles à puissance constante si vos applications demandent des couples variables plutôt qu’une puissance unique. Si votre application exige une grande pureté, privilégiez les alimentations linéaires ; pour la compacité et la puissance, les alimentations à découpage seront préférables.

Enfin, regardez la précision, la résolution, la présence de fonctionnalités programmables, et les avis utilisateurs. Comme je l’ai constaté en parcourant les caractéristiques et les avis, on peut trouver d’excellentes alimentations à très bon rapport qualité/prix : à moins de vouloir quelque chose d’ultra stable, ou d’ultra performant, il n’est pas nécessaire de dépenser une fortune pour une alim de labo fiable.

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