Pourquoi les baisses de tension sont-elles si nocives?

Je lisais La protection contre les surtensions est-elle réellement nécessaire? et bien j'aimerais savoir pourquoi les baisses de tension sont si nocives. L'explication donnée est la suivante: "les condensateurs dépassent leur tension nominale", mais cela n'a aucun sens si la puissance entrant dans le bloc d'alimentation est inférieure à la tension habituelle. Qu'advient-il d'un PSU dans une baisse de tension pour l'endommager?

Existe-t-il une protection intégrée dans les blocs d'alimentation modernes pour prévenir de tels dommages? Existe-t-il un moyen de protéger l'ordinateur en cas de baisse de tension autre que d'utiliser un onduleur?

Une baisse de tension est une condition de sous-tension, lorsque l'alimentation en courant alternatif tombe en dessous de la valeur nominale d'environ 10% (nominal signifiant 110-120 ou 220-240 dans la plupart des endroits). Ainsi, aux États-Unis, une baisse de tension pourrait être définie comme une tension alternative tombant en dessous de 99V. La spécification Intel pour les alimentations ATX spécifie que les tensions comprises entre 90 et 135 et 180 et 265 doivent permettre un fonctionnement correct de l'alimentation ( section 3.1 ), de sorte que l'alimentation fonctionne toujours normalement, même en cas de baisse de tension sensible.

Certaines personnes considèrent également les coupures de courant très courtes (moins de 30 mS, soit environ 2 cycles alternatifs), car les ampoules à incandescence s’assombriront brièvement mais visiblement, ce qui est comparable à une véritable condition de sous-tension.

Dans les deux cas, Intel les définit comme des conditions de sous-tension et discute des exigences qu'un bloc d'alimentation ATX doit respecter dans de telles conditions à la section 3.1.3 du Guide de conception du bloc d'alimentation ATX12V d' Intel.

Le bloc d'alimentation doit comporter un circuit de protection tel que l'application d'une tension d'entrée inférieure au minimum spécifié dans la section 3.1, tableau 1, ne doit pas endommager le bloc d'alimentation.

Les alimentations ont généralement une section d’entrée composée d’un ensemble de circuits intéressants qui, en fin de journée, fournissent environ 308 VAC à un transformateur, qui alimente ensuite les circuits de régulation et de conditionnement. Ce circuit constitue en fait la base principale du circuit de régulation. Si vous utilisez moins que la pleine puissance de l’alimentation, vous pourrez gérer des conditions de sous-tension importantes sans tomber en dehors de la régulation du côté sortie.

En cas de baisse de tension, l’alimentation tentera de fournir le courant nominal aussi longtemps que possible (en fonction de la tension et du courant entrants) et s’il ne Power Goodparvient pas à maintenir la régulation, il annulera le signal transmis à la carte mère. La carte mère est responsable de la désactivation du power onsignal envoyé à l'alimentation et, si elle le fait à temps, l'alimentation perdra toute sa sortie et s'éteindra.

Si la carte mère ne parvient pas à le faire, l'alimentation doit laisser tomber ses rails lorsqu'elle ne respecte pas la réglementation, mais cela n'est pas garanti. Si vous utilisez des alimentations de mauvaise qualité, vos composants et votre carte mère risquent également de subir des conditions de sous-tension.

Ce qui se passe à ce stade dépend de la robustesse de ces composants, mais ce n’est généralement pas une bonne chose, car les composants tentent de fonctionner à la tension la plus basse. Gardez à l'esprit que l'alimentation fournit toujours une sous-tension à la mise hors tension pendant un bref instant (le fait de laisser les sorties à 0 n'est pas instantané), de sorte que de très courtes périodes de sous-tension suffisent. Le problème ne survient que si le bloc d'alimentation reste dans un état de sous-tension pendant une longue période, ce qui ne peut se produire que si le bloc d'alimentation et la carte mère ne parviennent pas à résoudre le problème et continuent à tenter de fonctionner.

N'oubliez pas que la spécification Intel n'est pas beaucoup plus qu'une directive de l'industrie et qu'il n'existe aucun organisme de certification. Même les bons blocs d'alimentation ne sont liés par aucun accord pour suivre ses recommandations. Ma section préférée est 3.1.5. J'ai vu de nombreuses sources d'alimentation, chères et bon marché, ne pas tenir ces recommandations!

Les effets spécifiques diffèrent en fonction de la composante discutée, ce qui est une discussion distincte.

TARTE. P = IE. Puissance = Temps actuels Tension. Donc, si la tension est plus basse dans une baisse de tension, une alimentation doit tirer plus de courant du secteur pour maintenir la même puissance. Ainsi, alors que la contrainte de tension est effectivement plus faible pendant une baisse de tension, la contrainte de courant sur l'alimentation augmente pour compenser.

Voici la réponse brève: en cas de baisse de tension, les alimentations doivent consommer plus de courant pour compenser la tension d'alimentation plus faible, ce qui est très stressant pour les transistors, les fils, les diodes, etc. , aggravant le problème.

Voici la longue réponse: la plupart des PC (si pas tous) utilisent des alimentations à découpage. Si tous les éléments de l'alimentation (transistors, transformateurs, condensateurs, diodes, etc.) étaient parfaitement idéaux, une alimentation pourrait prendre toute tension d'entrée et produire la puissance désirée à la tension souhaitée (tant qu'il y aurait suffisamment de courant à la sortie). entrée pour maintenir P = IE).

Mais ces éléments étant loin d’être parfaits, toutes les alimentations réelles sont conçues pour fonctionner dans une plage donnée, par exemple entre 80 et 240V. Même à l'intérieur de la plage pour laquelle ils sont conçus, l'efficacité (le pourcentage de puissance à la sortie de l'alimentation par rapport à la puissance nécessaire à l'entrée) a tendance à baisser à mesure que la tension d'entrée diminue. Anandtech a un bon exemple de graphe . L'axe des X est la puissance à la sortie de l'alimentation (la charge) et l'axe des Y est le rendement. Donc, cette offre est plus efficace à environ 300W.

Pour une entrée 120V, son efficacité est d’environ 85%. Elle tire donc environ 300W / 0,85 = 353W du mur pour vous permettre d’obtenir 300W à la sortie. Le "manque" de 53W est dissipé dans le circuit d’alimentation (c’est pourquoi vos PC sont équipés de ventilateurs - c’est comme si votre alimentation avait une ampoule de 50W dans une petite boîte et qu’elle devait sortir de la chaleur). Puisque P = IE, nous pouvons calculer le courant nécessaire à partir de la prise murale pour produire une sortie de 300W à partir de 120V: I = P / E = 353W / 120V = 2.9A. (J'ignore le facteur de puissance pour garder cette explication simple.)

Pour une entrée 230V, l'efficacité est de 87%, de sorte qu'elle ne tire que 344W du mur, ce qui est agréable. La tension étant beaucoup plus élevée, la consommation de courant est beaucoup plus faible: 344W / 230V = 1,5A.

Mais dans un état de 90V, l'efficacité est encore pire qu'à 120V: 83,5%. Alors maintenant, l’alimentation tire 300W / 0,835 = 359W du mur. Et ça tire encore plus en courant: 359W / 90V = 4A!

Maintenant, cela n’insisterait probablement pas beaucoup sur cette alimentation car elle est évaluée à 650W. Voyons donc rapidement ce qui se passe à 650W. Pour 120V, son efficacité est de 82% -> 793W et 6,6A par rapport au mur. Mais l'efficacité est encore pire avec des charges élevées, nous voyons donc une efficacité de 78,5% pour 90V, soit 828W et 9.2A! Même si l'efficacité restait à 78,5%, si la baisse de tension passait à 80 V, il faudrait tirer 10,3A. C'est beaucoup de courant; les choses commencent à fondre si elles ne sont pas conçues pour ce type de courant.

C'est pourquoi les baisses de tension sont mauvaises pour les blocs d'alimentation. Ils doivent consommer plus de courant pour compenser la tension d'alimentation plus faible, ce qui est très stressant pour les transistors, les fils, les diodes, etc. Ils deviennent également moins efficaces, ce qui les oblige à consommer encore plus de courant, ce qui aggrave le problème.

Exemple de bonus: Voici une explication rapide de la raison pour laquelle les alimentations sont moins efficaces lorsque la tension d’alimentation diminue. Tous les composants électroniques (transistors, transformateurs, même les traces sur la carte de circuit imprimé) ont une sorte de résistance équivalente. Lorsqu'un transistor de puissance est "allumé", il a une "résistance", disons 0.05ohms. Donc, quand 3A de courant passe à travers ce transistor, il voit 3A * 0.05ohms = 0.15V sur ses conducteurs. Ce 0,15 V * 3A = 0,45 W de puissance actuellement dissipée dans ce transistor. Il s’agit d’une perte de puissance - c’est de la chaleur dans l’alimentation, pas de la charge. C'est notre scénario 300W, scénario 120V.

Dans le scénario de réduction de tension de 300 V à 90 V, le transistor a la même résistance de 0,05 ohm, mais à présent, 4A de courant le traversent, de sorte qu'il perd 4 A * 0,05 ohm = 0,2 V sur ses fils. Ce 0.2V * 4A = 0.8W de puissance qui est maintenant dissipée dans ce transistor. Ainsi, chaque périphérique (et beaucoup d’entre eux) de l’alimentation qui subit une chute de résistance / tension traversera plus de chaleur (puissance perdue) lorsque la tension d’alimentation sera réduite. Donc, en général et dans des limites raisonnables, des tensions plus élevées vous permettent d’obtenir des rendements supérieurs.