Précision pleine échelle (0,1 % F.S.) : ce qu’elle vaut vraiment pour mesurer le rendement d’une alimentation serveur

En bref. Une précision pleine échelle de 0,1 % F.S. se calcule sur le calibre, pas sur la valeur mesurée : à 10 % du calibre, elle représente déjà 1 % de la lecture. Pour mesurer le rendement d’une alimentation de serveur autour de 96 %, le choix du calibre pèse donc plus que le chiffre de la fiche technique. Exemple chiffré ci-dessous : de 1,6 % à 0,2 % d’erreur sur la même mesure de 1 kW.

% F.S. ou % de la lecture : deux façons d’écrire une erreur

Une fiche technique exprime la précision d’un instrument sous l’une de ces trois formes :

• % F.S. (full scale, pleine échelle) : l’erreur est un pourcentage du calibre. Elle est constante en valeur absolue, quelle que soit la grandeur mesurée.
• % de la lecture (of reading) : l’erreur est proportionnelle à la valeur affichée.
• % lecture + % F.S. : la forme la plus honnête, et la plus courante sur les instruments de laboratoire. Les deux termes s’additionnent.

Avec 0,1 % F.S. sur un calibre de 100 A, l’erreur vaut ±0,1 A partout. Mesurer 100 A donne 0,1 % d’erreur relative ; mesurer 50 A donne 0,2 % ; mesurer 10 A donne 1 %. Le chiffre de la fiche n’est atteint qu’en haut du calibre.

Pourquoi c’est critique sur une alimentation de serveur

Les alimentations de serveurs (PSU) sont classées selon le programme 80 PLUS, de Bronze à Titanium. Le rendement y est vérifié à plusieurs points de charge, et le niveau Titanium ajoute un point à 10 % de la charge nominale : exactement la zone où une précision exprimée en pleine échelle se dégrade.

Pour une PSU à 96 % de rendement, une erreur de 0,5 % sur la puissance d’entrée ou de sortie suffit à la faire apparaître à 95,5 % ou à 96,5 %. Quand le seuil visé se situe dans cet intervalle, c’est l’instrumentation qui décide du résultat, pas l’alimentation.

Exemple chiffré sur une charge électronique DC

Prenons une charge électronique DC AN23600E(F), modèle AN23610E-600-700(F) : 10 kW, 0 à 600 V, 0 à 700 A. Sa datasheet donne, pour les modèles 150 et 600 V :

• mesure du courant : 0,04 % + 0,04 % F.S., sur les calibres 70, 350 et 700 A ;
• mesure de la tension : 0,015 % + 0,015 % F.S., sur les calibres 80, 150 et 600 V ;
• mesure de la puissance : 0,1 % + 0,1 % F.S., sur les calibres 1 000, 5 000 et 10 000 W.

On mesure la sortie d’une alimentation à 50 V et 20 A, soit 1 kW, faible charge pour cette charge électronique :

Même instrument, même mesure : l’erreur est divisée par sept en changeant de calibre. À l’inverse, à 500 A sur le calibre 700 A, l’erreur de courant retombe à ±0,48 A, soit 0,1 % de la lecture : la précision pleine échelle ne pénalise que les mesures en bas de calibre.

Du courant au rendement

Le rendement est le rapport entre la puissance de sortie et la puissance d’entrée. Dans le pire cas, leurs erreurs relatives s’additionnent. Avec une puissance d’entrée mesurée par un analyseur de puissance à ±0,04 % et une sortie mesurée à 0,22 %, une PSU à 96 % est encadrée entre 95,75 et 96,25 %. Avec la sortie mesurée à 1,6 %, l’intervalle s’étend de 94,4 à 97,6 % : il ne permet plus de trancher.

La puissance d’entrée se mesure côté AC, sur une tension déformée et un courant riche en harmoniques. C’est le rôle d’un analyseur de puissance indépendant, comme le DEWE3-PA8 : ±0,04 % de 0,5 Hz à 1 000 Hz, spécification valable de 1 % à 100 % du calibre de mesure selon sa fiche. La source AC programmable (par exemple l’AN61(F)) alimente l’entrée ; l’analyseur mesure, sans dépendre des instruments qu’il contrôle.

Quatre réflexes pour lire une fiche technique

1. Chercher les deux termes. Un « 0,1 % F.S. » seul et un « 0,04 % + 0,04 % F.S. » ne se comparent qu’une fois calculés au point de mesure réel.
2. Distinguer consigne et mesure. Sur l’AN23610E-600-700(F), la précision de la consigne en courant constant est de 0,05 % + 0,05 % F.S., celle de la mesure de 0,04 % + 0,04 % F.S. Pour un calcul de rendement, seule la mesure compte.
3. Choisir le calibre avant l’essai. Un balayage de 10 % à 100 % de charge sur un seul calibre fausse les points bas. Changer de calibre entre les paliers, ou prévoir un instrument par plage.
4. Vérifier la tension minimale de fonctionnement. La même charge demande au moins 14 V pour absorber 700 A. Sous cette tension, le courant maximal disponible baisse.

Et en régime dynamique ?

Ces précisions valent pour des valeurs stabilisées. Les charges de calcul des serveurs varient très vite, et une mesure de transitoire se juge sur d’autres critères : temps de montée minimal du courant (10 à 20 µs typiques selon la classe de tension sur l’AN23600E(F)), vitesse de variation du courant, cadence d’échantillonnage de l’enregistreur. Le guide de test d’une alimentation serveur avec une charge électronique DC détaille ces essais dynamiques étape par étape.

Ce qu’il faut retenir

La précision pleine échelle d’une fiche technique n’est pas la précision de votre mesure. Elle le devient en haut du calibre, et elle se dégrade d’un facteur dix à 10 % du calibre. Pour certifier le rendement d’une alimentation de serveur, il faut calculer l’erreur au point de charge réel, choisir les calibres en conséquence et mesurer l’entrée avec un analyseur de puissance indépendant. Pour aller plus loin sur les spécifications d’entrée d’une voie de mesure : 7 spécifications d’entrée qui définissent la précision de mesure.

Ces solutions chez Dewetron Services

• AN23600E(F) – Charge électronique CC haute puissance : 2 à 60 kW, jusqu’à 1 200 V, trois calibres de mesure par grandeur.
• DEWE3-PA8 – Analyseur de puissance avancé : mesure du rendement entrée AC / sortie DC.
• AN61(F) – Source d’alimentation CA programmable : alimentation de l’entrée de la PSU.
• Voir aussi : nos charges électroniques DC et comment une charge électronique DC haute puissance améliore les tests d’alimentation.

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