Le réseau électrique européen est alimenté en 230 V alternatif (éventuellement comme nous l'avons vu en première du 230 ou 380 V triphasé). Par contre, les appareils informatiques sont alimentés en basses tensions continues (généralement compris entre + 12 et -12V). Pour transformer la tension d'alimentation du réseau électrique en tension acceptable par les appareils électroniques, on utilise une alimentation.En première dans le chapitre sur les bases
d'électricité et électronique, nous avons vu un montage alimentation par
pont redresseur. Les alimentations utilisées en informatique utilisent la
technologie "A
découpage". Ce principe est non seulement adapté aux alimentations, mais
également aux UPS (onduleur en Français). Les alimentations conventionnelles ont généralement un
rendement proche de 50 % pour jusque 80 % pour les alimentations à découpage. Le rendement (le rapport entre la puissance consommée et la puissance rendue en continu) de ces alimentations par
pont redresseur (4 diodes) après passage par un transformateur est trop faible.
2. Fonctionnement d'une alimentation à découpage.
Avant de commencer, deux remarques
s'imposent:
s'imposent:
- Au prix d'une alimentation PC, la réparation est peu rentable.
- Les pièces sont difficiles à trouver. La technique de
réparation est plus spécifiques aux vrais électroniciens qu'aux techniciens
informatiques. De ce fait, les réparations éventuelles sont difficiles à réaliser
(sinon impossibles). En plus, les précautions en ouvrant ces appareils sont de
types "si tu met le doigt là, c'est du 230 V alternatif, là c'est du 380
continu, ..." Bref, si vous n'avez pas de connaissances sérieuses en
électronique analogique (transistors, haute tension). ATTENTION!
Prenons le schéma
suivant.
suivant.
La tension de départ est alternative en 230 V, elle
est redressée directement par un pont
de diodes dit de Pont de Graetz sans transformateur intermédiaire, couplé avec
un condensateur (230 V en
continu, 330 V en pointe sans le condensateur). Le composant suivant est un transformateur: un
transformateur parcouru par un courant continu au primaire ne produit aucun
signal au secondaire. Par contre, si
vous faites passer une tension alternative au primaire d'un transformateur, il
en ressort au secondaire une tension de même forme mais de valeur différente
(une division suivant le rapport nombre de bobines entrées / sorties). A quoi
peut donc bien servir ce transformateur?
est redressée directement par un pont
de diodes dit de Pont de Graetz sans transformateur intermédiaire, couplé avec
un condensateur (230 V en
continu, 330 V en pointe sans le condensateur). Le composant suivant est un transformateur: un
transformateur parcouru par un courant continu au primaire ne produit aucun
signal au secondaire. Par contre, si
vous faites passer une tension alternative au primaire d'un transformateur, il
en ressort au secondaire une tension de même forme mais de valeur différente
(une division suivant le rapport nombre de bobines entrées / sorties). A quoi
peut donc bien servir ce transformateur?
En série avec le transformateur, on insère un transistor
qui va découper la tension, permettant une tension discontinue au primaire du
transformateur. La base du transistor (la gâchette en technologie CMOS) est
reliée au secondaire du transformateur via un circuit de commande, pour la
majorité des modèles via un autre transformateur (séparation galvanique
servant de protection). Ceci évite des problèmes en cas de sur-tensions sur le
réseau électrique.
qui va découper la tension, permettant une tension discontinue au primaire du
transformateur. La base du transistor (la gâchette en technologie CMOS) est
reliée au secondaire du transformateur via un circuit de commande, pour la
majorité des modèles via un autre transformateur (séparation galvanique
servant de protection). Ceci évite des problèmes en cas de sur-tensions sur le
réseau électrique.
A l'allumage, le réseau électrique n'est pas
continue (le temps de charger le condensateur mais aussi les imperfections de
l'interrupteur). Cette tension va d'abord alimenter le circuit de commande qui va commencer à faire
hacher la tension continue aux bornes du transformateur.
continue (le temps de charger le condensateur mais aussi les imperfections de
l'interrupteur). Cette tension va d'abord alimenter le circuit de commande qui va commencer à faire
hacher la tension continue aux bornes du transformateur.
Plus la proportion de hachage va être
grande sur la gâchette du transistor (ou base dans le cas d'un transistor
bi-polaire), plus la tension en sortie va être grande. Le circuit de commande
va faire varier ce découpage en fonction de la tension de sortie de
l'alimentation et ainsi réguler cette tension.
grande sur la gâchette du transistor (ou base dans le cas d'un transistor
bi-polaire), plus la tension en sortie va être grande. Le circuit de commande
va faire varier ce découpage en fonction de la tension de sortie de
l'alimentation et ainsi réguler cette tension.
Comme
le pont est directement sur le 230 V alternatif, considérez que la moitié du
montage est sous 230 V. Le signal d'entrée est une
tension redressée (continue), ce montage électronique permet également de démarrer
directement d'une tension continue (batteries).
le pont est directement sur le 230 V alternatif, considérez que la moitié du
montage est sous 230 V. Le signal d'entrée est une
tension redressée (continue), ce montage électronique permet également de démarrer
directement d'une tension continue (batteries).
3. Perturbations du réseau électrique.
Reprenons notre signal alternatif de base.
- Coupure complète du courant provoquée
généralement par un problème de réseau électrique ou d'un disjoncteur. - Sur-tension, la tension du réseau est supérieure à la
tension pour laquelle les alimentations sont conçues (pensez aux diodes
d'entrées). Ceci est spécifiques aux installations proches des cabines
électriques "haute tension". Même si une surtension n'est par forcément
dangereuse pour les installations informatiques (dans des valeurs raisonnables),
cette perturbation provoque des contraintes
des composants de l'alimentation qui, à terme, provoquent les pannes. - Sous-tension, la tension est inférieure à celle pour
laquelle les alimentations sont conçues et l'alimentation ne sait plus fournir
une tension suffisante en sortie. Dans le cas des alimentations pour PC, elle
descendent au moins jusque 180 V. Une sous-tensions est généralement provoqué par une
augmentation soudaine de le consommation électrique sur le réseau par le
démarrage de dispositifs électriques lourds: moteurs, compresseurs,
ascenseurs, ... mais également par une distance trop importante par rapport à
la cabine haute-tension. Ce problème électrique peut provoquer des blocages et
crash inattendus. Elles réduisent également la durée de vie de
l'ordinateur. - Transitoires. Signaux parasites qui se
superposent sur le signal électrique standard, elles peuvent aller jusqu'à 4000 Volts,
mais plus faibles généralement. - Micro coupures. De faibles coupures du signal électrique
durant quelques milli-secondes. - Pics de tensions: sur-tensions de durée très faible
(inférieure à 1/120 seconde), mais de forte intensité (supérieure à 4000 V),
généralement dus à l'arrêt de machines électriques de fortes puissances
(moteurs, climatiseurs, équipements industriels, ...) qui dissipent la tension excédentaire sur le réseau.
Ici aussi, on assiste à une usure des composants. - Foudre, aussi une sur-tension. La foudre vient de
phénomènes météorologiques (orages) qui transfère de fortes tensions sur le réseau
électrique mais aussi téléphonique. Une forme de foudre remonte de la terre,
liée à la géologie du sol et donc à une zone géographique limitée,
sans réelles solutions de protections, même si la proportion est faible, moins de 1%
des cas.
Comment va se comporter notre
alimentation à découpage dans ces cas:
alimentation à découpage dans ces cas:
En cas de panne complète du réseau, plus
d'alimentation.
En cas sur-tension (jusqu'à 280 Volts), l'alimentation
à découpage va
réguler la sortie mais avec des contraintes pour les composants électroniques.
En cas de transitoires, le redressement au
primaire va réduire les effets, mais le transformateur ne servira pas de
tampon, il va juste réduire la tension. Le condensateur et la self de
lissage au secondaire vont juste les atténuer. Elles provoquent
généralement des blocages de cartes mères avec les alimentations ATX
actuelles. C'est identique pour les pics de tensions.
En cas de micro-coupures, les différents condensateurs
vont servir en partie de réserves d'énergies.
En cas de foudre, l'alimentation tombe
généralement en panne mais peux aussi mettre d'autres composants de
l'ordinateurs en panne.
Ces différentes perturbations
électriques ne sont analysable que par des appareils professionnels que l'on
appelle perturbographes.
électriques ne sont analysable que par des appareils professionnels que l'on
appelle perturbographes.
4. Le disjoncteur
Ces appareils protègent des sur-tensions et de la foudre. En cas de sur-tensions, ils
déconnectent les appareils du réseau électrique. Les moins chères doivent
être remplacés après une seule sur-tension importante, les autres permettent
une remise à zéro.
déconnectent les appareils du réseau électrique. Les moins chères doivent
être remplacés après une seule sur-tension importante, les autres permettent
une remise à zéro.
Bref, ce n'est pas
forcément la solution pour des installations professionnelles, juste un premier
niveau de protection.
forcément la solution pour des installations professionnelles, juste un premier
niveau de protection.
5. UPS - onduleur
Un UPS (Uninteruptible Power Supply, onduleur en Français) inclut des batteries qui alimentent
les appareils connectés lors d'une coupure de courant, déconnectent les
appareils du réseau en cas de sur-tension / foudre et régularisent la tension du réseau.
Trois schémas sont utilisés:
les appareils connectés lors d'une coupure de courant, déconnectent les
appareils du réseau en cas de sur-tension / foudre et régularisent la tension du réseau.
Trois schémas sont utilisés:
On-line
Line-interactive
Off-line.
Les UPS actuels se connectent avec un logiciel à l'ordinateur via un
port USB (série pour d'anciens modèles), ce qui permet d'éteindre le PC
proprement (y compris sauvegarde de données) en cas de coupure prolongée. Les
onduleurs permettent typiquement une alimentation de 10 minutes, le logiciels
coupe l'ordinateur au minimum avec une sécurité de 5 minutes mais c'est
paramétrable. Certains BIOS
permettent de redémarrer le PC lorsque la tension est rétablie.
port USB (série pour d'anciens modèles), ce qui permet d'éteindre le PC
proprement (y compris sauvegarde de données) en cas de coupure prolongée. Les
onduleurs permettent typiquement une alimentation de 10 minutes, le logiciels
coupe l'ordinateur au minimum avec une sécurité de 5 minutes mais c'est
paramétrable. Certains BIOS
permettent de redémarrer le PC lorsque la tension est rétablie.
La puissance d'un UPS est donnée en VA (Volts -
ampères). L'équivalence pratique avec la puissance en Watts est de 1,6. Par
exemple, une consommation de 350 Watts nécessite un onduleur de 350 X 1,6 = 560
VA. Une station standard consomme dans les 300 Watts. Ceci conditionne le choix
de la puissance. En cas de sous puissance de l'appareil de protection, il sera
endommagé ou disjonctera en cas de coupure. Les imprimantes laser ne
doivent pas être protégées, à cause de la brusque consommation de courant
lors du début d'impression.
ampères). L'équivalence pratique avec la puissance en Watts est de 1,6. Par
exemple, une consommation de 350 Watts nécessite un onduleur de 350 X 1,6 = 560
VA. Une station standard consomme dans les 300 Watts. Ceci conditionne le choix
de la puissance. En cas de sous puissance de l'appareil de protection, il sera
endommagé ou disjonctera en cas de coupure. Les imprimantes laser ne
doivent pas être protégées, à cause de la brusque consommation de courant
lors du début d'impression.
Reste les batteries- accumulateurs. Elle sont
généralement au plomb avec une tension de service de 12 Volts continu, parfois
connectées en série pour atteindre 24 Volts et
en parallèle pour augmenter la durée d'alimentation (charge plus importante).
Ces batteries doivent être complètement
déchargées régulièrement, ceci pour éviter l'effet mémoire de recharge,
tous les 6 mois en moyenne. C'est identique pour les ordinateurs portables,
GSM, ...
généralement au plomb avec une tension de service de 12 Volts continu, parfois
connectées en série pour atteindre 24 Volts et
en parallèle pour augmenter la durée d'alimentation (charge plus importante).
Ces batteries doivent être complètement
déchargées régulièrement, ceci pour éviter l'effet mémoire de recharge,
tous les 6 mois en moyenne. C'est identique pour les ordinateurs portables,
GSM, ...
Certains UPS incluent des protections pour
les câbles Ethernet et lignes téléphoniques.
les câbles Ethernet et lignes téléphoniques.
12.5.1 Onduleur Off-line
|  Régulation de tension | ||
En noir, l'évolution du réseau électrique, en vert la tension de sortie du l'onduleur. |
Les modèles Off-line sont les plus courants
et utilisés pour les ordinateurs individuels, les puissances varient de 420 à
800 VA. Le réseau électrique est séparé de l'appareil par un
relais qui s'ouvre en cas de sur / sous tension. En fonctionnement normal, le
signal d'entrée est filtré pour éliminer une partie des parasites et le
convertisseur charge les batteries.
et utilisés pour les ordinateurs individuels, les puissances varient de 420 à
800 VA. Le réseau électrique est séparé de l'appareil par un
relais qui s'ouvre en cas de sur / sous tension. En fonctionnement normal, le
signal d'entrée est filtré pour éliminer une partie des parasites et le
convertisseur charge les batteries.
En cas de coupure du réseau électrique ou si la
tension est inférieure à 176 Volts ou dépasse les 280 Volts, le relais
s'ouvre, dissociant le montage du réseau électrique. Le convertisseur recrée
la tension de sortie à partir de l'énergie des batteries. Le temps de
réaction du relais est élevé (quelques millisecondes) et cette technique ne
corrige pas les micro-coupures.
tension est inférieure à 176 Volts ou dépasse les 280 Volts, le relais
s'ouvre, dissociant le montage du réseau électrique. Le convertisseur recrée
la tension de sortie à partir de l'énergie des batteries. Le temps de
réaction du relais est élevé (quelques millisecondes) et cette technique ne
corrige pas les micro-coupures.
5.2. Onduleur Line Interactive.
Similaires aux off-line, ces onduleurs intègrent en
plus un booster qui permet d'injecter une tension supplémentaire en cas de
variations de tensions, mais surtout de baisses prolongées. Le circuit de
compensation va juste "booster" la tension de sortie pour des tensions
d'entrées entre 176 Volts (le minimum) et 205 Volts , diminuant les contraintes
de l'alimentation des équipements protégés. Pour des tensions d'entrées
inférieures à 176 Volts ou supérieur à 280 volts, le fonctionnement est
identique aux modèles off line.
plus un booster qui permet d'injecter une tension supplémentaire en cas de
variations de tensions, mais surtout de baisses prolongées. Le circuit de
compensation va juste "booster" la tension de sortie pour des tensions
d'entrées entre 176 Volts (le minimum) et 205 Volts , diminuant les contraintes
de l'alimentation des équipements protégés. Pour des tensions d'entrées
inférieures à 176 Volts ou supérieur à 280 volts, le fonctionnement est
identique aux modèles off line.
  | |
Schémas d'un line-Interactive | Régulation de tension |
5.3. Onduleur On-Line
Le fonctionnement d'un onduleur
On-Line est nettement
différent. La tension d'entrée est systématiquement redressée et alimente en permanence les
batteries: la tension est donc stable. Cette tension
de 12 ou 24 Volts est ensuite retransformée en tension alternative de 230 Volts
en sortie.
On-Line est nettement
différent. La tension d'entrée est systématiquement redressée et alimente en permanence les
batteries: la tension est donc stable. Cette tension
de 12 ou 24 Volts est ensuite retransformée en tension alternative de 230 Volts
en sortie.
Lors d'une coupure de tension du réseau électrique,
les accumulateurs vont assurer l'alimentation électrique des équipements
connectés via le convertisseur continu / alternatif. Si l'alimentation du
réseau passe en sous tension ou en cas d'une courte baisse de tension, la
source d'alimentation utilisée va être le réseau électrique aidé par la
charge des batteries, les deux sont donc utilisées simultanément, augmentant
la durée de la protection, à la différence des autres types d'UPS). Seul
problème, les
accumulateurs au plomb sont pratiquement utilisés en permanence, et finalement
à remplacer plus souvent (les batteries représentent quasiment 2/3 d'un prix
d'un onduleur).
les accumulateurs vont assurer l'alimentation électrique des équipements
connectés via le convertisseur continu / alternatif. Si l'alimentation du
réseau passe en sous tension ou en cas d'une courte baisse de tension, la
source d'alimentation utilisée va être le réseau électrique aidé par la
charge des batteries, les deux sont donc utilisées simultanément, augmentant
la durée de la protection, à la différence des autres types d'UPS). Seul
problème, les
accumulateurs au plomb sont pratiquement utilisés en permanence, et finalement
à remplacer plus souvent (les batteries représentent quasiment 2/3 d'un prix
d'un onduleur).
Généralement, ces modèles utilisent deux circuits de by-pass. Le premier
permet d'alimenter les ordinateurs sans passer par l'électronique de l'onduleur,
utilisé lors du remplacement des batteries ou lors d'une réparation de
l'onduleur. Le deuxième by-pass est similaire aux off-Line et augmente la
durée de vie des batteries.
permet d'alimenter les ordinateurs sans passer par l'électronique de l'onduleur,
utilisé lors du remplacement des batteries ou lors d'une réparation de
l'onduleur. Le deuxième by-pass est similaire aux off-Line et augmente la
durée de vie des batteries.
5.4. Comparaison des protections
Les couleurs utilisées déterminent les
risques en fonction des problèmes du réseau électrique.
risques en fonction des problèmes du réseau électrique.
| Tension d'entrée | Disjoncteur | Off-line | Line Interactive | On-line |
| <180V | plus d'alimentation | relais ouvert, alimentation uniquement par les batteries | Alimentations par les batteries et le réseau | |
| 180 - 220 V | Fonctionnement normal | fonctionnement via le réseau électrique | Alimentation via le réseau électrique, aidé par le booster pour des tensions comprises entre 176 et 205 volts. | Alimentation par le réseau et les batteries si nécessaires |
| 220 - 240 V | Fonctionnement normal | |||
| 240 - 280 V | Fonctionnement normal | Alimentation via le réseau. | Alimentation par le réseau | |
| >280 V | Coupure brusque | Fonctionnement par batterie. | ||
| Haute-tension, foudre | Coupure brusque | Fonctionnement par batteries, attention au délais d'ouverture du relais. | Alimentation par batteries et coupure du disjoncteur (remise à zéro obligatoire) | |
| Pic de courte durée | Aucune détection | Protection partielle | totalement protégé | |
| Micro-coupures | ||||
La protection électrique reste un compromis
entre le prix des appareils de protection et l'importance du matériel à
protéger. La sécurité d'un serveur informatique d'entreprise nécessite au minimum un onduleur
online, alors qu'un ordinateur personnel se contentera probablement d'un
disjoncteur. L'arrêt d'une heure de production revient nettement plus chère
que le prix d'un UPS. Attention, Vous ne pouvez pas mettre d'onduleur pour
protéger une imprimante laser. Dans ce cas, la seule possibilité de protection
électrique est le disjoncteur.
entre le prix des appareils de protection et l'importance du matériel à
protéger. La sécurité d'un serveur informatique d'entreprise nécessite au minimum un onduleur
online, alors qu'un ordinateur personnel se contentera probablement d'un
disjoncteur. L'arrêt d'une heure de production revient nettement plus chère
que le prix d'un UPS. Attention, Vous ne pouvez pas mettre d'onduleur pour
protéger une imprimante laser. Dans ce cas, la seule possibilité de protection
électrique est le disjoncteur.
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