Normes de rendement pour les alimentations externes

L'environnement réglementaire mondial lié à la législation en matière de rendement des alimentations externes et d'absorption de puissance à vide a rapidement évolué ces dix dernières années depuis l'implémentation de la première norme obligatoire par la CEC (commission énergétique de la Californie) en 2004. La publication de nouvelles règles par le département de l'énergie (DOE) américain, dont l'entrée en vigueur est prévue pour février 2016, devrait encore changer la donne puisque les organismes de régulation tentent de réduire davantage la quantité d'énergie consommée par les adaptateurs externes.

L'obligation de rendements moyens plus élevés dans les alimentations externes a incontestablement eu un réel impact sur la consommation énergétique mondiale. Cependant, l'avantage de la réduction de l'absorption sur le réseau de distribution d'énergie implique des défis et des incertitudes pour le secteur de l'électronique qui tente de suivre cet environnement réglementaire dynamique.

Les fabricants OEM qui conçoivent des alimentations externes dans leurs produits doivent continuer à respecter les dernières réglementations pour assurer la conformité dans chaque région où ils vendent leurs produits. Cet article a pour objectif de fournir un résumé des principales réglementations actuellement en vigueur dans le monde.

Bref historique

Au début des années 90, une estimation a déterminé la présence de plus d'un milliard d'alimentations externes actives rien qu'aux États-Unis. Le rendement des alimentations en question, utilisant principalement une technologie linéaire, pouvait descendre jusqu'à 50 % en absorbant encore de la puissance lorsque l'application était éteinte ou même non connectée à l'alimentation (appelé état « à vide »). Selon les calculs d'experts, sans les efforts destinés à augmenter les rendements et réduire la consommation énergétique à vide, les alimentations externes devraient représenter 30 % du total de la consommation énergétique dans moins de 20 ans. Dès 1992, l'agence américaine de protection de l'environnement (EPA, Environmental Protection Agency) a lancé un programme volontaire pour promouvoir le rendement énergétique et réduire la pollution, qui est devenu le programme Energy Star. Cependant, ce n'est qu'en 2004 que le premier règlement obligatoire imposant des paramètres minimum de rendement et d'absorption à vide a été mis en place. Le graphique ci-après retrace le parcours depuis le règlement de la CEC en 2004 jusqu'aux nouvelles normes de niveau VI qui entreront en vigueur à partir de février 2016.

Figure 1 : Évolution des normes de réglementation CEC.

L'environnement réglementaire actuel

La chronologie de la Figure 1 démontre le dynamisme de l'environnement réglementaire au cours de la dernière décennie. Étant donné que différents pays et différentes régions promulguent des règlements plus stricts et basculent vers des programmes obligatoires à la place des programmes volontaires, il est devenu vital pour les fabricants OEM de suivre les plus récents développements pour assurer la conformité et éviter des pénalités et des retards coûteux. Tandis que de nombreux pays établissent des programmes volontaires suivant le premier système de protocole de marquage de rendement international établi par Energy Star, les pays et régions ci-après ont à présent défini des réglementations exigeant que toutes les alimentations externes passant leurs frontières répondent au niveau de rendement indiqué :

Même si le département américain de l'énergie a établi la norme la plus rigoureuse de niveau VI, son entrée en vigueur n'est pas prévue avant 2016. Actuellement, le niveau V est conforme ou dépasse les exigences des instances dirigeantes mondiales. Les fabricants d'alimentations indiquent la conformité en ajoutant le chiffre romain V sur l'étiquette de l'alimentation, comme spécifié par le document International Efficiency Marking Protocol for External Power Supplies Version 3.0, mis à jour en septembre 2013. Cette dernière version du protocole fournit une flexibilité supplémentaire sur les emplacements éventuels du marquage.

Figure 2 : Exemple d'étiquette de marquage de CUI.

Actuellement, l'Union européenne est la seule instance dirigeante à imposer la conformité à la norme de niveau V, même si la plupart des fabricants d'alimentations externes ont ajusté leurs gammes de produits pour répondre à ces réglementations. Les ajustements constituent une réponse directe aux besoins des fabricants OEM de disposer d'une plateforme d'alimentation universelle pour leurs produits exportés dans le monde.

Seuils de rendement

Le tableau ci-après récapitule les anciens seuils de rendement ainsi que les seuils actuels, suivant leur mise en place au fil du temps.

La méthode de test approuvée au niveau international pour déterminer le rendement a été publiée par la CEI sous l'appellation AS/NZS 4665 Partie 1 et Partie 2. Cette approche adoptée pour établir un niveau de rendement consiste à mesurer la puissance d'entrée et de sortie sur 4 points définis : 25 %, 50 %, 75 % et 100 % de la sortie de puissance nominale. Les données liées à l'ensemble des 4 points sont indiquées à part ainsi qu'un rendement actif arithmétique moyen à travers les 4 points.

Exceptions actuelles 

Toutes les alimentations externes ne sont pas traitées de la même façon et des exceptions sont appliquées aux États-Unis et dans l'Union européenne. Aux États-Unis, le congrès a adopté des mesures dans la section 301 de la loi EISA 2007 qui excluent certains types d'alimentations externes. Il s'agit des dispositifs qui répondent aux critères ci-après :

• Nécessitent l'adhésion et l'approbation de l'agence américaine des produits alimentaires et médicamenteux (Federal Food and Drug Administration) comme étant un dispositif médical conformément à la section 513 de la loi fédérale sur les produits alimentaires, pharmaceutiques et cosmétiques (21 U.S.C. 360c).
• Alimentent le chargeur d'un bloc-batterie amovible ou chargent la batterie d'un produit actionné entièrement ou principalement par un moteur.
• Sont mis à disposition en tant que pièce d'entretien ou de rechange par le fabricant d'un produit final fabriqué avant le 1er juillet 2008 pour lequel l'alimentation externe était la charge principale. Les alimentations utilisées à cette fin peuvent avoir été fabriquées après le 1er juillet 2008.

L'Union européenne a institué des exceptions similaires à celles des États-Unis. Les alimentations externes pour les dispositifs médicaux, les chargeurs de batterie et les produits d'entretien sont exclues. Par ailleurs, une exception a été mise en place pour les dispositifs EPS basse tension. Une alimentation externe basse tension est une unité affichant une tension de sortie sur la plaque de moins de 6 V et un courant de sortie sur la plaque supérieur ou égal à 550 mA.

Transition vers le niveau VI

Les fabricants d'alimentations, notamment CUI, préparent déjà la transition imminente vers les normes plus rigoureuses de niveau VI. Associée aux réglementations renforcées des adaptateurs existants, la nouvelle norme étend la plage de produits soumis à la norme en question. À l'heure actuelle, les produits réglementés comprennent les suivants :

• Alimentations externes à plusieurs tensions
• Produits ayant des niveaux de puissance > 250 W

Les nouveaux seuils de performances sont récapitulés dans le tableau ci-après :

Définitions

Une alimentation externe CA/CC à tension simple signifie une alimentation externe conçue pour convertir la tension secteur CA en une sortie CC à tension inférieure et capable d'une conversion vers une seule tension de sortie CC à la fois.

Une alimentation externe CA/CA à tension simple signifie une alimentation externe conçue pour convertir la tension secteur CA en une sortie CA à tension inférieure et capable d'une conversion vers une seule tension de sortie CA à la fois.

Une alimentation externe à plusieurs tensions signifie une alimentation externe conçue pour convertir une entrée de tension secteur CA en plusieurs sorties simultanées à plus basse tension.

Une alimentation externe basse tension signifie une alimentation externe affichant une tension de sortie sur la plaque inférieure à 6 V et un courant de sortie sur la plaque supérieur ou égal à 550 mA. Une alimentation externe à tension de base signifie une alimentation externe qui n'est pas une alimentation basse tension.

Alimentation externe à fonctionnement direct par rapport à un fonctionnement indirect

La nouvelle norme définit également les alimentations en deux catégories : produits à fonctionnement direct et à fonctionnement indirect. Un produit à fonctionnement direct est une alimentation externe qui fonctionne dans le produit final sans l'assistance d'une batterie. Une alimentation à fonctionnement indirect n'est pas un chargeur de batterie, mais ne peut faire fonctionner le produit final sans l'assistance d'une batterie. La nouvelle norme s'applique uniquement aux alimentations externes à fonctionnement direct. Les modèles à fonctionnement indirect sont toujours soumis aux limites définies par EISA2007. Le Département de l'énergie a communiqué les instructions ci-après (Figure 3) afin de distinguer les alimentations à fonctionnement direct et indirect :

Figure 3 : Étapes pour déterminer les alimentations externes à fonctionnement direct et indirect.

Exemptions de niveau VI

La réglementation du nouveau niveau VI définit également des exemptions pour les produits à alimentation externe. Les normes des alimentations externes à fonctionnement direct ne s'appliquent pas dans les cas suivants :

• Il s'agit d'un dispositif qui requiert l'adhésion et l'approbation de l'agence américaine des produits alimentaires et médicamenteux (Federal Food and Drug Administration) comme étant un dispositif médical conformément à la section 360c de l'intitulé 21.
• Il s'agit d'une alimentation externe CA/CC à fonctionnement direct affichant une tension de sortie sur la plaque inférieure à 3 V et un courant de sortie sur la plaque supérieur ou égal à 1000 mA qui charge la batterie d'un produit qui est actionné entièrement ou principalement par un moteur.

Quel avenir ?

La date de mise en conformité des nouveaux règlements est prévue pour le 10 février 2016, deux ans après la publication de la règlementation dans le registre fédéral. Il est important de noter que la conformité avec la nouvelle norme sera réglementée à partir de la date de fabrication ou d'importation aux États-Unis. Il sera donc encore possible d'expédier les anciens produits tant que la date de fabrication ou d'importation aux États-Unis est antérieure au 10 février 2016. Des réglementations d'étiquetage seront requises pour se conformer au contenu du document International Efficiency Marking Protocol for External Power Supplies Version 3.0, comme la norme actuelle de niveau V.

Il est prévu que les autres nations se conforment bientôt à cette norme. Pour l'Union européenne, la directive obligatoire européenne relative à l'écoconception pour les alimentations externes est soumise à des révisions et devrait suivre la majorité, sinon la totalité, des normes américaines. Normalement, les pays ayant des réglementations de rendement conformes à celles des États-Unis, notamment le Canada et l'Australie, devraient également s'aligner et suivre la nouvelle norme.

Résumé

L'agence américaine EPA estime que les réglementations en termes de rendement des alimentations externes mises en place au cours de la dernière décennie ont contribué à réduire la consommation énergétique de 32 milliards de kilowatts, avec une économie de 2,5 milliards de dollars par an, et à réduire les émissions de CO₂ de 24 millions de tonnes par an. En adoptant les réglementations imposées par l'administration, de nombreux fabricants OEM commencent désormais à exiger des alimentations « plus écologiques » comme une façon de différencier leurs produits finaux, impliquant une augmentation continuelle des rendements et même la mise en œuvre de technologies de contrôle qui, dans certains cas, éliminent complètement la consommation de puissance à vide. Vers la fin 2014, CUI Inc a commencé à introduire des adaptateurs conformes au niveau VI pour permettre à leurs clients de garder une longueur d'avance sur la loi qui va bientôt entrer en vigueur. CUI continue à chercher des moyens de mettre en œuvre les dernières technologies en matière d'économie d'énergie dans ses alimentations externes afin de répondre aux demandes du marché et de se conformer aux réglementations actuelles et futures. DigiKey propose une variété d'alimentations conformes au niveau V et au niveau VI, et présente plusieurs des dispositifs conformes au niveau VI sur son site Web.