Fiche Générale

FICHE GENERALE SUR LES MODES D'ALIMENTATION

QUI ? : à destination des architectes et concepteurs QUOI ? : XXX QUAND ? : Lors que le besoin est cadré et que les specs sont définies COMMENT LIRE LA FICHE ? : XXX

1. LES DIFFÉRENTS MODES D'ALIMENTATION ET ENJEUX ENVIRONNEMENTAUX ASSOCIES

• Introduction sur la variabilité des impacts environnementaux selon la techno d'alim
• Listing des différents mode d'alimentation et enjeux environnementaux en CdV + impact sur le produit fini

Techno	Enjeux environnementaux de la techno	Contraintes réglementaires env.
Secteur	avec variante selon mix énergétique à l'usage ?
Batterie (énergie stockée)	Avec variantes ?
Solaire ?
USB ?
Harversting

2. LES COMBINAISONS DES MODES L'ALIMENTATION

Les plus courantes en précisant les bénéfices et risques environnementaux + points d'attention

• Secteur + Batterie / accu
• Solaire + Batterie / accu
• Secteur + Batterie / accu + Solaire
• USB + Batterie
• USB + Batterie + Secteur
• Solaire + Harvesting
• (à vérifier si on garde) Batterie + Alternateur

3. FOCUS 

3.1 Focus Secteur : Influence du mix énergétique sur l'impact du système

• Graphique présentant la différence d'impact entre les mix des différentes grandes zones géographique (EU, US, Chine, ...)
• Avec reco sur, selon le marché, sélectionner la bonne techno ou combinaison

3.2 Focus Batterie (énergie stockée) : impact environnemental des différentes techno de batteries ?

Reprendre éléments plus bas (à synthétiser)

• Avec illustration d'ACV ?

3.3 Autres focus ? : Harvesting ? 

4. REPRESENTATIVITE DE L'IMPACT ENVIRONNEMENTAL D'UNE ALIMENTATION SELON LA TYPOLOGIE DE PRODUIT FINI

• (THALES à une Matrice = voir avec eux pour nous la partager)
• A illustrer avec des exemples de produits(cf. ACV des industriels à demander)
  • une montre connectée DECATH,
  • un système de communication THALES,
  • un candelabre avec driver LED chez LACROIX, ...

5 CARTOGRAPHIE DES PARAMÈTRES QUI INFLUENCENT L'IMPACT ENVIRONNEMENTAL D'UNE ALIMENTATION

• • ex. sources d'énergie, usages, technos (classement selon impact environnemental)
  • avec un tableau / matrice avec entrée paramètres et impacts

+ A VALIDER : chapitre sur les critères d'achat ?

 

 

 

 

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ZOLD

SOMMAIRE DE FICHE GENERALE BLOC FONCTIONNEL

>>> Atelier 12/03

• CIBLE : 
  • Archi majoritairement
  • Et aussi concepteur
• PREREQUIS DE LA PAGE : 
  • avoir déjàdéjà cadrécadré les besoins
  • et définidéfini les specs du produit système)système)

SOMMAIRE

• Vision de l'impact des différentesdifférentes typo d'alim 
  • Hotspots cibléciblé sur le bloc fonctionnel et ses variantes
  • illustrations ACV 
• Quelle est la représentativitéreprésentativité de l'alim (bloc fctll) // àà un produit fini 
  • Une matrice ex. THALES ?
  • A illustrer avec des exemples de produits (une montre connectéeconnectée DECATH, un systèmesystème de communication THALES, un candelabre avec driver LED chez LACROIX, ...)
• Cartographie des paramètresparamètres qui caractérisentcaractérisent le bloc fonctionnel
  • pour alim = sources d'énergie,énergie, usages, technos (classement selon impact environnemental)
  • Un tableau / matrice avec entréeentrée paramètresparamètres et impacts
• + PréciserPréciser ce qui influence l'impact d'une alimentation 
  • selon les sources d'énergie,énergie, usages, technos, ...
  • Chapitre pour chaque sujet en détaillantdétaillant le pourquoi çaça influence l'impact
• PréciserPréciser l'influence réciproqueréciproque de l'alim sur les autres blocs fonctionnels
• Chapitre complémentairecomplémentaire (autres sujets qui pourraient avoir une influence indirecte sur l'impact environnemental) ?
  • Concevoir ou acheter vis àà vis du marchémarché
  • Analyse de risque ?
  • Analyse de la valeur ?
  • Innovations ? (lowtech, ...) avec des TRL élevéélevé ?
  • impact du bloc fonctionnel sur le manufs ou les autres blocs / produit systèmesystème
• .SYNTHESE : .. et selon ces différentsdifférents paramètres,paramètres, quelle(s) serait(ent) les Axes / leviers d'éco-éco-conception àà appliquer au bloc fonctionnel (de manièremanière génériquegénérique pour inciter àà aller sur la fiche opérationnelle)opérationnelle)
  • grandes stratégiesstratégies àà appliquer
  • Les points d'attention
  • ...

• SOURCES
• LIENS UTILES POUR ALLER PLUS LOI

QUESTIONS / REMARQUES :

• Y aura-til un fiche opéopé sur l'adaptateur / secteur ?
• Bien définirdéfinir la VA des fiches généralesgénérales pour ne pas aller que sur les fiches Op
• Veiller àà renvoyer vers des sources et ne pas trop détaillerdétailler les différentesdifférentes technos d'alim (car trop d'infos actuellement) 

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ZOLD

1. Les sources d’énergied’énergie

Les sources d’énergied’énergie peuvent êtreêtre regroupéesregroupées en 3 familles : le secteur, l'énergieénergie stockéestockée type pile ou batteries et la récupérationrécupération d'énergieénergie (Energy Harvesting).

1.1. Le secteur

Le secteur est la source d'énergieénergie principale. 

MêmeMême si l'utilisation de convertisseurs secteur àà découpagesdécoupages àà large gamme d'entréeentrée facilite le déploiementdéploiement des produits, dans la phase de conception d'un produit, il peut êtreêtre important de prendre en compte les caractéristiquescaractéristiques liéesliées àà la zone géographique,géographique, notamment pour la réalisationréalisation de filtres sélectifssélectifs pour l'instrumentation (50Hz vs 60Hz).

Les 2 grandes gammes de tensions sont 220V-240V - 50Hz et 100V-127V - 60Hz avec des variantes dans quelques pays.

Carte détailléedétaillée de la répartitionrépartition des tensions et fréquencesfréquences du secteur, Wikipedia, https://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:World_Map_of_Mains_Voltages_and_Frequencies,_Detailed.svg

Pour une zone géographiquegéographique donnée,donnée, il faut aussi prendre en compte les variations locale de la tension secteur notamment àà proximitéproximité d'une zone industrielle avec des variation importantes dans les différentesdifférentes tranches horaires.

L'électricitéélectricité est générésgénérés de différentesdifférentes façonfaçon suivant les pays. Les sources principales en ratio sont les suivantes : (source: Ember (2026); Energy Institute - Statistical Review of World Energy (2025) –– with major processing by Our World in Data)

• Les énergiesénergies fossiles : pétrole,pétrole, charbon, gaz naturel

• Le NucléaireNucléaire

• Les énergiesénergies renouvelables

1.2. Energie stockéestockée

C'est la source d'énergieénergie privilégiéeprivilégiée pour l'alimentation de l'électroniqueélectronique dans les objets portable. En fonction de l'espace disponible, ces sources peuvent permettre une alimentation sur plus ou moins long-terme de façonfaçon autonome. 

Il existe une grande gamme de technologies avec des densitésdensités de puissance et des densitésdensités d'énergieénergie différentes,différentes, avec des compositions chimiques plus ou moins stables et des nombres de cycles de recharges variés.variés.

1.2.1 Pile (Primary Battery) non rechargeable

Solution àà usage unique pour des objets peu accessibles et qui nécessitentnécessitent une source d'énergieénergie pendant une longue durée.durée.

De part leur usage unique, elles apparaissent comme peu eco-responsables, mais elles peuvent êtreêtre une source optimale dans certaines applications peu gourmandes en énergieénergie et peu accessibles comme des objets connectésconnectés de type Beacon ou des capteurs.

En généralgénéral densitédensité de puissance supérieure,supérieure, et capacitécapacité àà générergénérer des courant pics plus élevés.élevés.

DifférentesDifférentes technologies:

Technologie	Symbole	Tension	DensitéDensité d'énergieénergie	DuréeDurée de vie sur étagèreétagère (autodécharge)autodécharge)	CoûtCoût	Application	Eco-compatibilitécompatibilité
Alcaline (zinc-dioxyde de manganèse)manganèse)	Zn-MnO2	1.5V	haute	longue (5 àà 10 ans)	faible	applications faible courant	recyclabilitérecyclabilité limitéelimitée
Zinc-Carbone (Dry Cell)	C-Zn	1.5V	faible	faible	faible	applications faible courant (torche, radio, jeux électroniques)électroniques)
Chlorure de Zinc (Heavy Duty)		1.5V				plus performantes que ZnC
Lithium-Disulfure de Fer	LiFeS2	1.5V	haute	AutodéchargeAutodécharge élevéeélevée	élevéélevé	Compatible basses températurestempératures Appareils portables médicaux,médicaux, caméracaméra	impact environnemental moins mauvais
Lithium-dioxyde de manganèsemanganèse	Li-MnO2	3V	moyen mais fort courants	longue (10 ans et plus)	élevéélevé	Equipement portable médicalmédical et grand public, systèmessystèmes de sécuritésécurité	recyclage possible
Zinc Oxyde d'argent	Zn-Ag2O	1.55V	haute,		élevéélevé	montres, calculatrices aides auditives	recyclage pour récupérerrécupérer l'argent
Zinc-Air	Zn-Air	1.65V	trèstrès haute,	longue si si hermétichermétic		aides auditives	Bon recyclage

1.2.2. Batterie (Secondary Battery) rechargeable

Technologie	Symbole	Tension	DensitéDensité d'énergieénergie	Cycles de charge	Cycle de vie sur étagèreétagère	CoûtCoût	Applications	Eco-compatibilitécompatibilité
Nickel-Cadmium	NiCd	1.2V	haute	hauts	autodéchargeautodécharge et effet mémoiremémoire			problèmeproblème du Cadmium
Nickel MétalMétal Hydrure	NiMH	1.2V	haute	charge lente	autodéchargeautodécharge importante effet mémoiremémoire réduitréduit (4-6 ans)			récupérationrécupération nickel et cobalt,
Lithium-ion	Li-ion	3.6V	haute		long, faible autodéchargeautodécharge (5-10 ans)	élevéélevé	problèmeproblème de sécuritésécurité	Li et environnement
Lithium Cobalt Oxyde	LiCoO2	3.6V	haute		élevéélevé	élevéélevé
Lithium Fer Phosphate	LiFePO4	3.3V	haute	élevéélevé		élevéélevé		plus stable , gamme de temp. étendueétendue
Lithium Nickel ManganèseManganèse Cobalt Oxyde	LiNiMnCoO2	3.7V	haute		moyen	moyen	circuits de puissance (courant élevés)élevés)
Lithium ManganèseManganèse Oxyde	LiMn2O4	3.8V	haute	charge rapide		faible	capacitécapacité limitélimité
Lithium Titanate	Li4Ti5O12	2.4V	moyen	élevéélevé		élevéélevé	charge rapide, courant élevéélevé
Lithium-PolymèrePolymère	LiPo	3.7V		moyen	Faible (2-3 ans)	élevéélevé
Etat Solide (Solid State)		3.7V	élevéeélevée		TrèsTrès élevéélevé (20 àà 30 ans)	élevéélevé	charge rapide	sécuritésécurité accrue
Silicium-Carbone	SCC55		trèstrès élevéeélevée		long	élevéélevé	charge rapide	procédésprocédés de fab. complexe

1.2.3. Supercondensateur

1.2.4. Condensateur

1.3. RécupérationRécupération d'énergieénergie (Energy Harvesting)

Les solution de récupérationrécupération d'énergieénergie nécessitentnécessitent des composants spécifiquesspécifiques qui intègrentintègrent des topologies adaptéesadaptées pour les sources de tension et courant limitéeslimitées dans la plupart des cas.

1.3.1. Solaire extérieurextérieur (Outdoor solar)

• • Silicium polycristallin

• • Silicium monocristallin

• • Cellules solaires àà base de PéroskitePéroskite

• • Les cellules tandem

1.3.2. Solaire intérieurintérieur (Indoor solar)

• • Film fin de Silicium Amorphe (Amorphous Silicon PhotoVoltaic technolog a-Si PV)

• • Film organique photovoltaïquephotovoltaïque (Organic PhotoVoltaic Film)

• • 
    

1.3.3. MagnétiqueMagnétique

1.3.4. Vibrations

Piezo

1.3.5. Ondes radio (téléalimentationtéléalimentation vs. Energy Harvesting)

Il faut distinguer la récupérationrécupération d'énergieénergie radiofréquenceradiofréquence et la télétélé alimentation.

La récupérationrécupération d'énergieénergie radio est une technique qui consiste àà positionner un font-end radiofréquenceradiofréquence accordéaccordé àà la bande de fréquencefréquence ISM considéréeconsidérée en entréeentrée d'un circuit convertisseur dédiédédié àà l'Energy Harvesting. Dans le principe,  cette solution est envisageable lorsque l'on considèreconsidère le grand nombre de communications dans l'environnement, que ce soit le téléphone,téléphone, ou les objets connectésconnectés en WiFi ou Bluetooth. Mais en pratique pour limiter la consommation des objets et l'occupation de bandes de fréquence,fréquence, les transmissions radios ne sont réaliséesréalisées que sur des temps trèstrès brefs, et souvent àà des niveaux trèstrès faibles voir trèstrès faible. Pour cette raison l'Energy Harvesting radiofréquenceradiofréquence est quasiment impossible.

La télé-télé-alimentation consiste àà alimenter un objet àà distance en transmettant de l'énergieénergie par onde radio. L'énergieénergie radiofréquenceradiofréquence récoltéerécoltée àà étéété généréegénérée volontairement et de façonfaçon continue.

1.3.6. Thermique

2. CritèresCritères :

Comment choisir une topologie d'alimentation.

Dans les premiers critèrescritères il faut considérerconsidérer le type d'application et le domaine :

• appareil de table : il peut êtreêtre alimentéalimenté sur le secteur
• appareil portatif, appareil portable, appareil personnel portéporté (wearable), capteur embarquéembarqué : il faut une source d'alimentation stockéestockée ou une source d'énergieénergie ambiante 
• solution grand publique, solution industrielle, solution médicalemédicale : ces contraintes vont guider sur le besoin d'isolement et de protection de la solution

L'appareil peut-il êtreêtre alimentéalimenté sur le secteur, doit-il êtreêtre alimentéalimenté par une batterie, dans ce cas est-il facilement accessible pour la recharge, la fonction est-elle trèstrès faible consommation et donc compatible avec une source d'énergieénergie ambiante (Energy Harvesting).

L'électroniqueélectronique intégréeintégrée est-elle sensible (instrumentation) nécessitantnécessitant une solution faible bruit qui nécessiteranécessitera une alimentation linéairelinéaire ou un filtrage important. 

Dans le cas d'une alimentation médicalemédicale il faut des précautionsprécautions particulièresparticulières d'isolation pour la sécuritésécurité du patient. Cette contrainte peut êtreêtre réduiteréduite avec l'utilisation de batteries mais doit êtreêtre prise en compte pour la partie recharge.

Dans la conception d'un systèmesystème complet on a souvent besoin de générergénérer différentesdifférentes tension. Il est possible de mettre les différentsdifférents convertisseurs en sériesérie ou en parallèle.parallèle. Pour des questions de rendement, on préfèrerapréfèrera générergénérer les différentesdifférentes tensions depuis la tension principale plutôtplutôt que de chainer les convertisseurs. Cela permet par ailleurs de piloter indépendammentindépendamment les différentesdifférentes sortie est éventuellementéventuellement de dévaliderdévalider l'une ou l'autre sortie 

Tension d'entréeentrée 12V, rendement typique d'un convertisseur de type Buck n = 95%

       

	Sortie	5V	3.3V	1.8V	1.2V
Rendement	Alimentations en sériesérie	95.00%	90.25%	85.74%	81.45%
	Alimentations en parallèleparallèle	95.00%	95.00%	95.00%	95.00%

Outre de meilleurs rendements, les alimentations peut êtreêtre dimensionnéesdimensionnées au plus juste ce qui permet notamment de réduiteréduite la taille des composants (inductances, transistors, condensateurs) et de réduireréduire les pertes, mais aussi de réduireréduire les couts.

Un contre exemple est le cas de l'alimentation d'une carte complexe avec des blocs numériquesnumériques et des blocs analogiques sensibles. Dans ce cas3 solutions sont possibles:

1. Utilisation d'un LDO pour la réalisationréalisation des alimentations analogiques. Le rendement et pertes associéesassociées des 2 alimentations linéaireslinéaires sont: Alimentation 5V:  n = VO1 / VIN = 5 / 12 = 42%   PLoss = (VIN - VO1) IO1 = (12 - 5) . 0.25 = 1.75W   Alimentation 3.3V n = VO2 / VIN = 3.3 / 12 = 27.5%   PLoss = (VIN - VO2) IO2 = (12 - 3.3) . 0.25 = 2.175W
2. Utilisation d'un convertisseur Buck et d'un étageétage de filtration LC passif. Dans ce cas les rendements des 2 convertisseurs est proche de 95% et les pertes seront principalement dues aux élémentséléments parasites des MOSFET (interrupteurs intégrés)intégrés) et des inductances pour le Buck et pour le filtrage.   Cette solution est acceptable pour des fréquencefréquence de découpagedécoupage élevéeélevée par rapport àà la fréquencefréquence de travail. Le filtrage peut êtreêtre réaliséréalisé avec des composants passifs, inductance et condensateur céramiques.céramiques. Il faudra donc des inductances présentantprésentant une faible résistancerésistance série.série.   L'inconvénientinconvénient principal est l'encombrement du filtre.
3. La solution souvent optimale est la mise en sériesérie d'un convertisseur Buck et d'un LDO.  Dans ces conditions, le rendement et les pertes associéesassociées aux 2 lignes d'alimentations sont: Alimentation 5V: n = 0.95 . (VO1 / VBuck) = 5 / 5.3 = 89.62%   PLoss_LDO = (5.3 - 5) . 0.25 = 75mW   Alimentation 3.3V n = 0.95 . (VO2 / VBuck) = 3.3 / 3.6 = 87.08%   PLoss_LDO = (3.6 - 3.3) . 0.25 = 75mW

Note : on trouve quelques référencesréférences d'alimentations àà découpagedécoupage du type Buck, Boost et Buck-Boost optimiséesoptimisées pour des applications en instrumentation ou pour des fonctions radio-fréquencefréquence avec des fréquencesfréquences de fonctionnement élevéesélevées (>MHz) et un filtrage intégréintégré ou un pilotage optimiséoptimisé qui permettent d'obtenir en sortie une tension réguléerégulée préciseprécise avec un bruit trèstrès faible

··         Taille des composants

o   Volume de matièrematière utiliséeutilisée (transformateurs et inductances : ferrite + cuivre)

o   Poids du composant

o   Taille de PCB nécessairenécessaire

··         Rendement

o   LinéaireLinéaire vs découpagedécoupage

o   FréquenceFréquence fixe vs fréquencefréquence variable (auto PWM/PFM ou Burst/PWM, Forced PWM, eco-mode)

··         FiabilitéFiabilité

··         RéparabilitéRéparabilité

o   Circuit intégréintégré / solution discrètediscrète

o   Taille des composants (1206 vs 0201…0201…)

o   Technologie de boitier (BGA or DIE vs QFN vs TQFP or SO or DIP)

··         Poids

··         Taille des composants

o   Volume de matièrematière utiliséeutilisée (transformateurs et inductances : ferrite + cuivre)

o   Poids du composant

o   Taille de PCB nécessairenécessaire

··         Rendement

o   LinéaireLinéaire vs découpagedécoupage

o   FréquenceFréquence fixe vs fréquencefréquence variable (auto PWM/PFM ou Burst/PWM, Forced PWM, eco-mode)

··         FiabilitéFiabilité

··         RéparabilitéRéparabilité

o   Circuit intégréintégré / solution discrètediscrète

o   Taille des composants (1206 vs 0201…0201…)

o   Technologie de boitier (BGA or DIE vs QFN vs TQFP or SO or DIP)

··         Poids

··         Taille des composants

o   Volume de matièrematière utiliséeutilisée (transformateurs et inductances : ferrite + cuivre)

o   Poids du composant

o   Taille de PCB nécessairenécessaire

··         Rendement

o   LinéaireLinéaire vs découpagedécoupage

o   FréquenceFréquence fixe vs fréquencefréquence variable (auto PWM/PFM ou Burst/PWM, Forced PWM, eco-mode)

··         FiabilitéFiabilité

··         RéparabilitéRéparabilité

o   Circuit intégréintégré / solution discrètediscrète

o   Taille des composants (1206 vs 0201…0201…)

o   Technologie de boitier (BGA or DIE vs QFN vs TQFP or SO or DIP)

··         Poids

• SensibilitéSensibilité au bruit

Questions / Remarques des industriels

àà traiter, ventiler ...

Industriel	Verbatim
4MOD	Produit autonome sur batterie, produit sur secteur... ?
LACROIX GUILLEMOT	Alim interne ou externe ?
BODET	Si alimentation sur batterie, quelle est l'objectif d'autonomie souhaitésouhaité pour l'équipementéquipement ? Quelle contrainte est acceptable sur le nombre de cycles de charge, leur durée,durée, etc. pour le client ?
BODET	Si alimentation permanente (type secteur), se donner un objectif exigeant en terme de consommation en veille
EMKA	challenger les fonctions prévuesprévues pour les réduireréduire au maximum roue de Brezet : 0 –– développerdévelopper de nouveaux concepts
ATLANTIC	Dimensionnement  (au plus juste)           Quelle marge de fonctionnement ?         Conso max du systèmesystème + x%
4MOD	Faut-il préférerpréférer une batterie rechargeable, des batteries àà usage unique ?