Quel est le meilleur matériau pour une alimentation PC ?

Introduction

Saviez-vous que les alimentations modernes utilisent de plus en plus le nitrure de gallium (GaN) comme semi-conducteur ? Les cristaux de GaN conduisent les électrons jusqu'à 1 000 fois plus efficacement que le silicium. Grâce à son champ de claquage élevé de 3,3 MV/cm, contre 0,3 MV/cm pour le silicium, les fabricants d'alimentations pour PC peuvent ainsi produire des alimentations compactes.

Le GaN n'est qu'un des nombreux matériaux utilisés dans la fabrication des alimentations pour PC. Le boîtier, les câbles, les condensateurs, les transformateurs, les inductances, les dissipateurs thermiques et les ventilateurs constituent l'ensemble d'une alimentation. Ce guide a pour but d'aider les utilisateurs à choisir l'alimentation adaptée à leurs besoins avant tout achat. Il s'avère précieux tant pour les particuliers que pour les professionnels.

Matériau de revêtement

Pour un acheteur, l'élément le plus visible est le boîtier extérieur. Il s'agit généralement d'un boîtier rectangulaire ou carré en tôle. Le métal est plié pour former le boîtier d'une alimentation. Voici des informations détaillées sur les matériaux utilisés pour ce boîtier :

Matériau du boîtier

En matière de choix de tôles, deux matériaux dominent : l'aluminium et l'acier.

• Acier : Les fabricants haut de gamme privilégient l’acier à haute teneur en chrome. Ce matériau agit comme une cage de Faraday, empêchant les bruits haute fréquence de perturber d’autres composants tels que la carte son et la carte mère. Sa conductivité plus faible est moins problématique pour les alimentations à haut rendement (plus de 90 %) qui dégagent moins de chaleur.
• Aluminium : pour une conductivité thermique optimale et une construction légère, l’aluminium est le matériau de choix. Il permet de réduire la température interne de 10 °C. C’est un avantage considérable pour les alimentations sans ventilateur ou silencieuses.

Revêtements et finitions de surface

Le zingage et la peinture en poudre noire sont deux revêtements qui protègent le boîtier métallique des dommages. Ils sont particulièrement importants dans les environnements à forte humidité. Si une particule de rouille tombe dans le bloc d'alimentation, elle peut provoquer un court-circuit et l'endommager.

Forme structurelle

Pour que l'alimentation conserve sa forme et que le circuit imprimé interne ne se torde pas et ne s'endommage pas, le choix de l'épaisseur de la tôle est primordial. L'utilisation d'acier SECC (acier laminé à froid électro-galvanisé de qualité commerciale) d'une épaisseur supérieure à 1 mm est idéale pour les montages haut de gamme.

Câblage et câbles internes

Les composants internes du bloc d'alimentation sont reliés entre eux par le biais du circuit imprimé, du câblage ou des câbles. Il est essentiel qu'ils conduisent efficacement le courant afin de minimiser le gaspillage d'énergie et d'assurer un rendement optimal de l'alimentation.

Matériau conducteur de base

Il existe trois principaux matériaux utilisés pour la conduction dans les alimentations électriques :

• Cuivre pur : c’est le matériau le plus efficace et le choix privilégié de la plupart des fabricants d’alimentations pour PC. Il offre une conductivité supérieure et une faible résistance.
• Cuivre plaqué aluminium : pour réduire les coûts, les alimentations d’entrée de gamme seront dotées de conducteurs en cuivre plaqué aluminium.
• Alliages enrichis en carbone : L’incorporation de carbone dans le cuivre augmente sa résistance à la traction de 15 %. Ce type d’alliage est idéal pour les applications où le câble est soumis à des flexions répétées.

Isolation ou manchon

Le choix du matériau isolant adéquat est essentiel à la sécurité. L'âme est recouverte de polychlorure de vinyle (PVC) ou de silicone. Ces matériaux résistent généralement à des températures de 105 °C. Ils sont indispensables pour les applications gourmandes en énergie, comme l'overclocking. De plus, ces isolants peuvent être recouverts d'une couche de nylon tressée ou plate afin d'éviter les nœuds.

Terminaux

Les points de contact des câbles sont appelés bornes. Les bornes plaquées or sont la norme pour les alimentations haut de gamme. Ces points de contact sont sensibles à l'oxydation et à la corrosion. C'est pourquoi l'utilisation d'un métal chimiquement inerte comme l'or est essentielle.

Condensateurs et leurs matériaux

Les condensateurs jouent un rôle essentiel dans le stockage de l'énergie. Dans les alimentations, ils réduisent l'ondulation du courant alternatif, atténuent les parasites électriques et gèrent les pics de charge. L'utilisation de condensateurs de haute qualité, conçus avec des matériaux et une fabrication optimaux, permet d'obtenir de meilleures performances.

Stockage d'énergie primaire

En termes de dimensions, ces condensateurs sont les plus grands et stockent le plus d'énergie. Ils sont fabriqués à partir des matériaux suivants :

• Électrolytique en aluminium : Ces condensateurs sont fabriqués à partir d’une feuille d’aluminium et d’un électrolyte liquide ou gélifié. Ils permettent de lisser les ondulations de tension.
• Condensateurs polymères japonais : utilisés dans les alimentations PC haut de gamme, ces condensateurs à électrolyte polymère supportent des températures jusqu’à 105 °C et offrent une durée de vie moyenne avant panne (MTBF) typique supérieure à 100 000 heures. Les fabricants d’alimentations PC mentionnent explicitement les condensateurs japonais dans leurs fiches techniques, car ils sont moins sujets au dessèchement et aux fuites.

Filtrage secondaire et stabilité

Pour un réglage plus précis, on utilise les condensateurs secondaires. Il peut s'agir de condensateurs céramiques pour le filtrage des hautes fréquences ou de condensateurs au tantale pour une efficacité accrue dans un format compact. Les condensateurs céramiques sont idéaux pour une alimentation classique car ils présentent un risque d'explosion ou d'incendie plus faible.

Matériaux spécialisés et de niche

Bien que les consommateurs n'aient généralement pas besoin de connaissances techniques approfondies, il est important de mentionner les condensateurs à base de niobium pour une compréhension complète de leur fonctionnement. Ces derniers offrent une résistance aux vibrations supérieure de 20 % aux condensateurs standards.

Physique de la performance et des indicateurs

La capacité est égale à la charge divisée par la tension. Elle indique la quantité de charge qu'un condensateur peut stocker. Un condensateur de haute qualité aura un temps de maintien supérieur à 21 ms et une suppression de l'ondulation de 90 %.

Transformateurs et inducteurs

Les transformateurs jouent un rôle crucial pour abaisser les niveaux de tension aux valeurs souhaitées. Un transformateur inefficace engendre davantage de bruit, de vibrations et de chaleur. Il en résulte un rendement global inférieur et un PC bruyant. Voici les aspects liés aux matériaux à prendre en compte pour les transformateurs et les inductances :

Matériau du noyau magnétique

Ce sont les éléments essentiels du transformateur. Deux matériaux principaux sont utilisés pour constituer le noyau du transformateur :

• Noyau de ferrite : Pour les transformateurs petits et légers, les fabricants modernes d’alimentations pour PC utilisent la ferrite. Elle permet une commutation à haute fréquence.
• Alliages nanocristallins : Pour les alimentations haute densité et une efficacité magnétique améliorée, un fabricant d’alimentations utilise des alliages nanocristallins.

Enroulement et conductivité

Le fil qui entoure le noyau supporte le courant.

• Cuivre : C’est le conducteur le plus utilisé car il offre une résistance minimale et une grande élasticité, facilitant ainsi le bobinage. Il permet de convertir facilement le courant alternatif haute tension du secteur en courant continu (3,3 V, 5 V, 12 V) adapté aux besoins de votre PC.
• Multicouches et graphène : pour les alimentations haute puissance, les enroulements multicouches (plus de 1 200 spires) réduisent les pannes liées à la chaleur. Certaines inductances de pointe peuvent intégrer un dopage au graphène pour augmenter la conductivité de 10 %.

Types d'inducteurs

Un autre composant qui filtre l'énergie avant qu'elle n'atteigne les composants principaux du PC est l'inductance. Il s'agit généralement d'inductances toroïdales fabriquées à partir de poudre de fer ou de ferrite. Leur principale caractéristique est la réduction du bruit et le filtrage des interférences électromagnétiques.

Dissipateurs thermiques et ventilateurs

L'un des principaux éléments d'une alimentation PC, visible pour l'acheteur, est le ventilateur. Il est important que ce dernier soit de bonne qualité, tant sur le plan esthétique que pour sa capacité à générer une pression statique élevée. De plus, les dissipateurs thermiques doivent être suffisamment grands pour une dissipation efficace de la chaleur. Analysons les composants clés qui contribuent à l'évacuation de la chaleur de l'alimentation.

Interface thermique et transfert

Les pads thermiques sont conçus pour créer une liaison conductrice entre l'élément chauffant et l'élément dissipateur de chaleur. Ils sont généralement fabriqués en silicone ou en graphite. Les pads de haute qualité présentent une conductivité thermique pouvant atteindre 8 W/mK.

Structures de dissipation de chaleur

• Ailettes en aluminium : Ces structures métalliques à ailettes sont en contact avec le tampon thermique pour dissiper la chaleur des composants. L’aluminium est le matériau de prédilection de la plupart des fabricants d’alimentations en raison de sa légèreté.
• Caloducs : Il s’agit de tubes en cuivre ou en aluminium remplis d’un liquide qui se déplace passivement pour extraire la chaleur de la source et la transporter vers le dissipateur thermique. Fonctionnant comme une chambre à vapeur, ils améliorent l’efficacité du transfert de chaleur.

Refroidissement actif (le ventilateur)

• Pales de ventilateur : Le PBT est généralement préféré aux plastiques bon marché. Il est rigide et résistant à la déformation sous l’effet de la chaleur.
• Type de palier : L’utilisation de paliers hydrodynamiques (FDB) est optimale pour les alimentations. La couche de fluide réduit les frottements et garantit une durée de vie supérieure à 100 000 heures, tout en diminuant le bruit.
• Mode zéro tr/min : Grâce à ses composants de haute qualité, le ventilateur du bloc d’alimentation s’arrête lorsque le PC est peu sollicité ou inactif, afin d’économiser de l’énergie et de réduire le bruit.

Conclusion

L'alimentation est le composant le plus critique pour la stabilité de votre PC. Une alimentation défectueuse peut nuire gravement aux performances de votre ordinateur, voire endommager des composants. Une alimentation haut de gamme est fabriquée avec des matériaux de qualité supérieure : un blindage efficace, un câblage optimal pour une conductivité maximale, des condensateurs haut de gamme pour un lissage de la tension précis, des transformateurs performants et des dissipateurs thermiques performants. L'ensemble de ces éléments garantit une alimentation à haut rendement, certifiée 80 Plus et Cybenetics A++.

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