mesure rendement SMPS

[alka]

Une question sur un autre sujet m'a donné l'idée de mesurer le rendement d'une "grosse" SMPS selon la charge.

J'ai une SMSP300R Connexelectronic, 300W, +-36Vdc dans un placard. Connex dit dans sa datasheet que le rendement de cette alim avec charge à 50% du max est de 92%.

Sur le bench une SMPS, quelques ampoules électriques , un thermomètre laser, des résistances et deux multimètres pour mesurer le courant en entrée et en sortie.


Température :
Il y a deux groupes de diodes qui chauffent sur la SMPS, un groupe de deux et un autre de trois. Pas de dissipateur, elles sont vissées sur le PCB.
J'ai mesuré les deux groupes séparément, en prenant le point le plus chaud pour autant que le thermomètre laser le permet.
A vide, après 10min la température se stabilise à respectivement 34° et 31°sur chaque groupe de diodes.
Avec la plus grosse charge testée, après 15min je mesure respectivement 37,5° et 43,6°C.
Faudrait que je creuse pour savoir exactement a quoi correspondent ces groupes de diodes.


Rendement :
J'ai fait une série de mesures avec des charges différentes. Je me suis limité parce que c'est suffisant pour tester dans le contexte d'un ampli audio.
En audio domestique, une charge permanente de 50W ça n'arrive jamais. C'est déjà un test extrême. Et de toutes manières je n'ai pas plus d'ampoules !

A chaque fois, mesure du courant entrant (AC) dans la SMPS et du courant sortant (DC) dans la charge.
Connaissant les tensions on calcule des W en sortie qu'on peut diviser par des VA en entrée pour trouver le rendement.

Secteur mesuré à 236Vac.
La tension de sortie de l'alim mesurée entre + et - est de 71,3Vdc. Constante quelle que soit la charge. La régulation fonctionne

Voici la courbe obtenue :



Chouette, le rendement dépasse 100% !!!

C'est un peu faux de diviser brutalement des W par des VA. Cela dit, en faisant simplement U*I, je calcule la puissance apparente consommée par l'alim en VA.
La puissance active serait plus faible a cause de cosPhi et le rendement réel (Wout / Puissance_active_In) serait encore plus élevé. On vit dans un monde étrange... ça m'échappe.

voici les données brutes.

[alka]

a la réflexion, j'imagine que le courant entrant dans la SMPS n'est pas une belle sinusoide et que mon multimètre mesure mal le courant entrant en mA rms.
En sortie c'est du continu : pas de souci pour le multimètre.

[thierryvalk]

Oui, il faut un multimètre sachant le faire.
Voir aussi la tension, un peux de HF superposée et la valeur est fausse. A mesurer en charge.
Tu pourrais rajouter un filtre secteur, ce sera toujours insuffisant mais pour voir si les valeurs changent.

[alka]

Oui, il faut un multimètre sachant le faire.
Voir aussi la tension, un peux de HF superposée et la valeur est fausse. A mesurer en charge.
Tu pourrais rajouter un filtre secteur, ce sera toujours insuffisant mais pour voir si les valeurs changent.

faut surtout que j'achète un multimètre true rms. Mes vieux machins ont vécu et méritent d'être remplacés.
J'utilise une multiprise filtrée en amont.

[thierryvalk]

J'utilise une multiprise filtrée en amont.

Oui, mais le filtre doit être en aval de la mesure.

[alka]

J'utilise une multiprise filtrée en amont.

Oui, mais le filtre doit être en aval de la mesure.

mon setup:

prise secteur murale (AC) --> multiprise filtrée --> multimètre 1 en série pour mesurer le courant entrant -> SMPS in

SMPS Out (DC) --> multimètre 2 en série pour mesurer le courant dans la charge --> charge

la SMPS a un filtre en entrée, ce qui mets multimètre1 entre deux filtres.

[alka]

j'ai refait l'expérience avec un multimètre TrueRMS pour mesurer le courant AC entrant dans la SMPS. Ca change significativement la donne !

en bleu la mesure précédente, avec un multimètre ordinaire
en rouge en TrueRMS



Le rendement réel est sans doute plus élevé car je mesure la puissance apparente consommée et non la puissance active.Il n'y a pas de PFC sur ces alims, donc cosPhi peut impacter significativement.



Données brutes des mesures



Un tableau comparant les mesures dans les même conditions avec les deux multimètres.
Le % d'erreur est flagrant !!!

[thierryvalk]

Impressionnant.
Et on ne le répétera jamais assez, une mesure ce n'est que des chiffres ou une courbe.
Il faut analyser la méthode, le matériel utilisé .... avant d'émettre des conclusions.

Cos Phi, oui, certainement en grande partie, mais cela interpelle aussi sur le rendement réel.

On considère généralement 50% de perte en moyenne dans le transport de l'énergie.
C'est bien le courant et lui seul qui fait chauffer les lignes HT et autres. Il faut donc redresser ce cos Phi ce qui doit tout de même devenir complexe pour le distributeur d'électricité avec toutes ces alims SMPS.
Lampes LED, chargeurs, télé, PC ... alim d'Alain ....

[alka]

en même temps, la SMPS de l'ampli Alain consomme 70mA en moyenne quelques heures par jour. Même avec un cosphi pourri, je pense que EDF s'en fiche

Jusqu'à il y a peu, les particuliers en france avaient intérêt a avoir un cosphi favorable (cad faible). EDF délivrait la puissance apparente mais facturait la puissance active mesurée par le compteur. Pour les clients industriels, EDF venait de temps en temps contrôler et corrigeait pour la facture. Pour les particuliers ils laissaient aller. Il y avait meme un business officieux d'appareils qui abaissaient le cosphi d'une maison pour payer moins!

Mais depuis que Linky est arrivé, le compteur est assez malin pour mesurer (et facturer) la puissance apparente.
Certains particuliers anti-linky se sont plaints : n'ayant rien changé a leur installation ni a leurs habitudes, leur facturation a augmenté avec Linky.
Va leur expliquer que, avant, ils profitaient du système !

[thierryvalk]

On est sur la même longueur d'onde, mais de ce que j'ai lu :
Gros consommateurs industriel : cos phi pris en compte, oui.
Particulier et autres industries : cos phi estimé, négocié entre producteur d'électricité et politiques.

Le compteur "intelligent" ne devrait rien changer si ce n'ait une meilleure approche de ce cos phi estimé.
Ce qui donne une bien meilleure analyse du réel tant pour le producteur que pour le transport de l'électricité ce qui ne peut qu'être bénéfique dans la lutte pour un meilleur rendement global.

[alka]

Particulier et autres industries : cos phi estimé, négocié entre producteur d'électricité et politiques.

c'est fort possible et ils l'intègrent directement une compensation dans le prix de vente.

Le compteur "intelligent" ne devrait rien changer si ce n'est une meilleure approche de ce cos phi estimé.
Ce qui donne une bien meilleure analyse du réel tant pour le producteur que pour le transport de l'électricité ce qui ne peut qu'être bénéfique dans la lutte pour un meilleur rendement global.

il ne devrait pas, mais.....

Il y a entourloupe pour les particuliers !
Le prix historique du kW/h inclus une compensation forfaitaire pour tenir compte d'un cosphi estimé, sous prétexte que l'ancien compteur ne mesurerait que la puissance active.
On peut dire que c'est légitime.

Le nouveau compteur reporte la puissance apparente, facturée avec le même prix du kW/h .
Ca ressemble à une double peine ou à une augmentation de tarif déguisée. C'est pas comme si c'était la première fois


Pour revenir à nos moutons de pré salé, je me demande : pour une SMPS comme celles qu'on utilise sur nos amplis, le cosphi varie beaucoup selon la puissance ou il est plus ou moins constant ?

[thierryvalk]

J'ai toujours dur avec cette notion de cos phy appliquée à une alimentation électronique.
On parle aussi du facteur de puissance qui me parait plus parlant.
A mon avis varie en fonction de la charge si pas de correction active du facteur de puissance.

[alka]

On parle aussi du facteur de puissance qui me parait plus parlant.

t'as raison. cosphi ça laisse penser que tension et courant sont deux belles sinusoides déphasées de Phi. Alors qu'en réalité, le courant entrant dans une SMPS ne ressemble pas vraiment à une gentille sinusoide!


j'ai trouvé cette image assez parlante, allure tension/courant entrant dans la smps, dû aux condensateurs de filtrage en entrée


J'ai lu que une SMPS sans PFC avait un PF de l'ordre de 0,6.
Rien trouvé sur comment il évolue en fonction de la charge. Mon intuition me dit que si la charge augmente, les pointes de courant s'élargissent ce qui devrait plutot augmenter le PF. Au contraire si la charge est très faible, les capas d'entrée n'ont quasiment pas besoin d'être chargées et les pointes sont plus fines => PF plus faible.

Si on imagine un PF = 0,6 ça donnerait sur ma mesure à 51W de charge un rendement réel à 90%. Si on prend PF = 0.65, ca donnerait rendement = 83%
Bref, il faudrait mesurer précisément le PF pour savoir le rendement réel car on a vite fait de se tromper largement.

[thierryvalk]

allure tension/courant entrant dans la smps, dû aux condensateurs de filtrage en entrée

J'aime pas le mot filtrage, je préfère lissage même si c'est la même chose.

Je présume qu'un PF de 0.6 c'est avec un PFC passif. En fait toute SMPS en a un vu qu'il faut bien filtrer un minimum cet horrible courant.
Normalement toutes les données d'une SPMS sont données sur une charge résistive à 100% de charge.
J'ai la même intuition que toi, je dirais qu'il y a aussi le problème du pont redresseur et, pour la mesure, la capacité à mesurer les harmoniques.
J'ai un oscillo qui a l'option mesure de puissances, c'est pas mal mais d'une précision globale faible.

Du coup j'ai acquis un appareil du genre qui évite de se prendre la tête et permet d'avoir des chiffres non constables :
https://www.se.com/be/fr/product-range/ ... penFilters

[alka]

oula.. .ça c'est pour contester les factures du fournisseur

Pour le PF autour de 0,6 j'ai vu ça sur un site dont je ne trouve plus le lien. Sur wikipedia ils disent

SMPS with passive PFC can achieve power factor of about 0.7–0.75
SMPS with active PFC, up to 0.99 power factor
SMPS without any PFC have a power factor of only about 0.55–0.65

Pour les harmoniques oui, je suis bien d'accord que le multimètre doit avoir du mal.
Compliqué a mesurer pour de bon sans sortir l'artillerie lourde.