alimentation electrique

8/10/2019 Alimentation Electrique

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LES ALIMENTATIONS ELECTRIQUES

Philippe LETENNEUR STS Granville 2003-2004 page 1

SOMMAIRE

I) Gnralits. ............................................................................................................ 3

II) Les alimentat ions linaires.................................................................................. 5II.1) Schma fonctionnel....................................................................................... 5

II.2) Etude de FS1 : Transformation ou abaissement......................................... 5

II.3) Etude de FS2 : Redressement . ..................................................................... 8II.3.1) Redressement : Mono alternance. ............................................................ 8II.3.2) Redressement double alternance : Pont de diodes ou GRAETZ : ............ 8II.3.3) Montage transformateur point milieu : ................................................. 9II.3.3) Caractristique dune diode..................................................................... 10

II.3.4) Rsum des diffrents types de redressements: .................................... 11

II.4) Etude de FS3 : Fil trage. ............................................................................... 12II.4.1) Calcul du condensateur de filtrage .......................................................... 13

II.5) Etude de la fonction stabil isation ou rgulation. ...................................... 14II.5.1) Diffrence entre stabilisation et rgulation. ............................................. 14II.5.2) Stabilisation par diode zener. .................................................................. 15

II.5.2.1) Caractristique.................................................................................. 15II.5.2.2) Diode zener seule............................................................................. 15II.5.2.3) Stabilisation par diode zener et transistor ballast.............................. 16

II.5.3) Rgulation par circuit intgr................................................................... 17II.5.3.1) Principe............................................................................................. 17II.5.3.2) Tableau des principaux rgulateurs 78XX. ....................................... 18II.5.3.3) Principaux Botiers et brochages. ..................................................... 19II.5.3.4) Montages de base. ........................................................................... 20II.5.3.5) Calcul des composants..................................................................... 21II.5.3.6) Protection des rgulateurs. ............................................................... 21II.5.3.7) Rgulateurs ajustables : LM117 ou LM317....................................... 21

II.6) Dissipation thermique..................................................................................... 22II.6.1) Modle thermique sans dissipateur : ...................................................... 22

II.6.2) Calculs effectuer pour savoir si lon doit implanter un dissipateur : 23II.6.3) Modle thermique avec dissipateur : ...................................................... 24II.6.4) Calcul dun dissipateur: ........................................................................... 25

II.7) Protection des alimentations lectr iques...................................................... 26

II.8) Dimensionner une alimentation stabil ise ou rgule................................. 27


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III) Les alimentations dcoupage. ...................................................................... 28

III.1) Classification des alimentations dcoupage......................................... 28

III.1) Les alimentations non isoles de la source. ............................................ 29

III.1.1) Convertisseur abaisseur BUCK. ...................................................... 29III.1.1.1) Principe de fonctionnement : ........................................................... 29III.1.1.2) Calcul de la fonction de transfert ..................................................... 30III.1.1.3) Etude des signaux ........................................................................... 31III.1.1.4) Choix des composants. ................................................................... 32III.1.1.5) Performances. ................................................................................. 34

III.1.2) Convertisseur lvateur BOOST...................................................... 29III.1.2.1) Principe de fonctionnement : ........................................................... 35III.1.2.2) Calcul de la fonction de transfert ..................................................... 36III.1.2.3) Etude des signaux ........................................................................... 37

III.1.2.4) Choix des composants. ................................................................... 38III.1.2.5) Performances. ................................................................................. 38

III.1.3) Convertisseur inverseur BUCK-BOOST. ......................................... 29III.1.3.1) Principe de fonctionnement : ........................................................... 39III.1.3.2) Calcul de la fonction de transfert ..................................................... 39III.1.3.3) Etude des signaux ........................................................................... 41III.1.3.4) Choix des composants. ................................................................... 42III.1.3.5) Performances. ................................................................................. 42


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Tableau comparatif des deux structures.

Les alimentations linaires Les alimentations dcoupage

t

Transformateur Redresseur Filtrage

ttt

t t

Us

t

Stabilisation

Rgulation

Ue(EDF)

t

Redresseur Filtrage

tt

t t Us

t

Dcoupage &

transformateur

t

Ue(EDF)

Avantages Inconvnients Avantages Inconvnients

- Trs bonne stabili-t.

- Facile mettre aupoint.

- Bonne tenue entemprature.

- Lourdes (Le poids)et encombrantes.

- Trs mauvais ren-dement.

- Energie perdue trsimportante.

- Trs bonrendement.

- Poids et vo-lume rduits.

- Taille dutransforma-teur faible.

- Gnrateurde bruit(harmoni-ques) CEM.

- Blindagesouhaitableou loign dumontage.

- Ondulationrsiduelleimportante.

Domaines dutil isation Domaines dutil isation- Audio.- Alimentation de laboratoire.- Mesure

- Ordinateur.- Tlvision.- .


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II) Les alimentations linaires.

II.1) Schma fonctionnel.

FS1 FS2 FS3 FS4

Transformateur Redresseur Filtrage Stabil isat ion Rgulat ion

E S

M

Us

Uc

Usec

Upri

tt

tt

t

ENTREE:

Upri : tension secteur sinusodale alternative230 Veff, 50Hz

SORTIE:

Uset Is: tension et courant CONTINUS.

Fonctions des structures associes :

Transformateur Redresseur Filtre Rgulateur

Diminue l'amplitudede la tension secteur.

Convertit unetension alterna-tive en une ten-

sion unidirec-tionnelle

Stockel'nergie defaon lisser

la tension desortie du re-dresseur.

Stabilisela tension etle courant de sortiede manire les ren-

dre CONSTANTS(continus).

II.2) Etude de FS1 : Transformation ou abaissement.

Le transformateur se caractrise par sa tension secondaire exprime en voltsefficaces (Veff) et sa puissance apparente Sexprime en volts ampre (VA).

La taille et le poids du transformateur dpendent de sa puissance.

La puissance en rgime sinusodal sexprime par : P = VeffIeffcos = S cos

est le dphasage entre U et I : il dpend de la nature de la charge (R, L, C). S est la puissance apparente en VA

Le transformateur assure une isolation galvanique et il est de type abaisseur detension.

Rapport de transformation :

n1n2

21

U1U2m ===

II n1et n2 : nombres de spires au primaire et au secondaire.


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Les diffrents modes de cblage du transformateur :

Enroulement secondaire unique

Exemple : Transformateur 12V, 6VA.

UE

VS1

I2 eff

= ................

U2 eff

= ................

I1 eff

Double enroulements secondaireExemples de cblage pour un transformateur :2x35V 75VA

Enroulements en srie : Les 2 enroulements secondaires sont runis en un point mi-lieu.

UE

I2 eff

=

U2B eff =

U2A eff

=

R

R

U2 max =

U2 A

et U2B

en opposition de phase

70V * 1.4142 = 99V

12V * 1.4142 = 17V


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Enroulements en parallle :

UE

I2 eff

=

U2A

U2B U

2 max=

U2 A

et U2B

en phase

Critres de choix technologiques :

On distingue les transformateurs tles et les transformateurs toriques qui ontun rayonnement moindre (Pertes entrefer rduites de 90%). Un transformateurdalimentation se choisit en fonction de sa ou ses tensions secondaires enVeff et de sa puissance apparente en volt ampre (VA) .

2.14A

35V * 1.4142 = 50 V


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II.3) Etude de FS2 : Redressement.

Le rle de FS2 est de rendre unidirectionnelle l'nergie dlivre par le trans-formateur. Cette fonction est ralise par des diodes jonction.

II.3.1) Redressement : Mono alternance.

UR

D1

R

UD1

UE

UR

UE

T/20 T 3T/2 t

D1

passante

D1

passante

D1

bloque

Tension maximum :SeuilDMAXEMAXR UUU =

Tension moyenne :

MAXR

MOYR

UU =

Tension efficace :

2

MAxR

effR

UU =

Frquence de UR :teurUr ff sec=

Vinv

(D)MAXRU

II.3.2) Redressement double alternance : Pont de diodes ou GRAETZ :

UR

R

UD1U

E

UR

UE

T/20 T 3T/2 t

D1, D3

passantes

D2

D3

D1

D4

D2, D4

bloques

D2, D4

passantes

D1, D3

bloques

D1, D3

passantes

D2, D4

bloques

Tension maximum :SeuilDMAXEMAXR UUU *2=

Tension moyenne :U

U

R MOY

R MAX=

2

Tension efficace :U

U

R eff

R MAx=

2

Frquence de UR :teurUr ff sec*2=

Vin v(D) MAXRU


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II.3.3) Montage transformateur point milieu :

UR

D1

R

UD1

UE

VS1

VS2

D1

T/20 T 3T/2

D1

passanteD2

bloque

D2

passanteD1

bloque

D1

passanteD2

bloque

T/20 T 3T/2

VS2

VS1

UR

t

t

Tension MaxSeuilDMAXeMAXR UUU =

Tension Efficace

2

MAXR

effR

UU =

Tension Moyenne

MAXR

MoyR

U

U

=

2

Courant Max

R

UI

MAXR

MAX =

Courant Moyen dans D

MAX

MoyD

II =

Courant Moyen dans R

MAX

MoyR

II

=

2

Vin v(D) MAXRU*2


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II.3.3) Caractristique dune diode.

IF(A)

VF(A)

IR(A)

VFIR

Io

VRRM

If

IFRM

IFSM

Io : courant moyen direct

If : courant continu di rect.

IFRM: Courant direct de pointe rptitif.

IFSM:Courant de pointe non rptitif.

IR : Intensit inverse.

VF : Tension directe continue, tension de

seuil.

VRRM:tension inverse de pointe rptitive

Critres de choix technologiques : Deux critres :La tension maximale aux bornes dune diode du redresseur doit tre infrieure VRRMde la diode choisie.

Le courant maximum dans le redresseur do it tre infrieur au courant IFRM.


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II.3.4) Rsum des diffrents types de redressements:

Simple alternance

Double alternance pont de Gratz

Double alternance avec

transfo. point milieuDouble enroulement etpont (Alim symtrique)


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II.4) Etude de FS3 : Filtrage.

Le but de FS3 est de rendre l'allure de la tension mono ou double alternanceissue du redressement en une tension aussi continue que possible. Cette fonction

est matrialise par un condensateur, sa valeur est souvent leve : plusieurs F.

UC(t)

T'0

UCmax

UCmin

2*T'

UC

Aprs filtrage, la tension aux bornes du condensateur varie entre une valeurmaximale UCMAXet une valeur minimale UCMIN.

UCMAX= Tension max de sortie du redresseur.

UCMin= Tension minimum ncessaire au fonctionnement de FS4 (Stabilisationou rgulation).

Sa valeur moyenne peut tre considre comme gale :2

MINMAXMoy

UCUCUC

+=

L'ondulation autour de cette valeur moyenne est: MINMAX UCUCUC =


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II.4.1) Calcul du condensateur de fil trage

T: cest la priode du signal non redress.T: cest la priode du signal redress

-2

' TT = pour un redressement doublealternance.

UC(t)

T'

UCmax

UCmin

2*T'

UCmax

T

- TT =' pour un redressement monoalternance.UC

(t)

T/20

UCmax

UCmin

T

UCmax

T

Dans les deux cas le condensateur se dcharge pendant le temps T , deplus la tension ses bornes est gale UC .

Comme UCTIQ ** == => UCTIQ == **

Doncmax

*

UC

TIC

=

Avec T = 80 %de Tpour un redressement mono alternance.Avec T = 40 %de Tpour un redressement double alternance.I = Le courant maximum de lalimentation.

La condensateur de filtrage est un condensateur chimique(valeur suprieure plusieurs F), sa tension de service est gale 1.5 * UCMAX


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II.5) Etude de la fonct ion stabilisation ou rgulation.

La fonction dune alimentation est de fournir une tension stable quelque soit la

valeur du courant de sortie (Imin< Is


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II.5.2) Stabilisation par diode zener.

II.5.2.1) Caractristique.

Cette diode fonctionne comme une diode classique, avec comme seule diff-rence sa tension inverse. En effet celle-ci est appele la tension de zener Vz.

I(A)

VF

VzI

z min

Iz max

V(V)

II.5.2.2) Diode zener seule.

VEV

SVzI

z

Ie

Is

R

Dz

Choix des composants :

minmax

min

ZS

zE

Ii

VVR

+

Pour choisir une diode zener il faut cal-culer la puissance dissipe par celle-ci :

R

VVVP zEZZ

= min

Et la puissance dissipe par la rsis-tance.

R

VVP zER2

max )( =

Remarque :Dans le cas o isest petit,par exemple pour une source de tensionde rfrence, le calcul de R peut treramen :

min

min

Z

zE

I

VVR


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II.5.2.3) Stabilisation par diode zener et transistor ballast.

Dans ce montage la diode zener sert stabiliser la tension de sortie, cest letransistor appel BALLASTqui dlivre toute la puissance au montage.

BEZS VVV =

VE

VS

VzIzIr

Is

R

Dz

Ib

Transistor

(BALLAST)

Ie

Ic

Choix des composants :

minmax

min

Zb

zE

Ii

VVR

+

1minmaxmax+=

sb

ii

La puissance dissipe par R:

R

VVP zER

2

max )( =

La puissance dissipe par Dz:

R

VVVP zEZZ

= max

Et la puissance dissipe par le transistorBALLAST:

maxmax *)( ssET iVVP =


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II.5.3) Rgulation par circuit intgr.

La fonction d'un rgulateur de tension est de convertir une tension ayant unecertaine ondulation en une tension particulirement stable. Il doit maintenir ces

conditions de stabilit dans une large gamme de variations du courant de charge, etgalement pour les fluctuations de la tension d'entre.

II.5.3.1) Principe.

Si la tension Vsdiminue alors Vretourdiminue donc augmente et Vsaug-mente.

Et rciproquement si la tension Vsaugmente alors Vretouraugmente donc

diminue et Vs diminue.

VE

V

R1

Vretour

TI

e

rfrence

de

tension

Vref

Is

R2

0V

S

Il existe normment de circuits intgrs pour rguler des tensions positives et

ngatives. Les plus connus sont certainement les rgulateurs 3 broches de la famille78XXet 79XX.

S

E S

M V

EV

78XX

E S

M

79XX

EV SV


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II.5.3.2) Tableau des principaux rgulateurs 78XX.


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II.5.3.3) Principaux Botiers et brochages.


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II.5.3.4) Montages de base.

Ce montage est fort simple, les condensateurs C1et C2sont prconiss parles constructeurs. C1est ncessaire si le rgulateur est plac plus de 10cm ducondensateur de filtrage et C2amliore le temps de rponse du rgulateur.

Augmentation de la tension de sortie.

Vs= Vsr + 3 x Vd

Vsr = Tension du rgulateurVs = Vsr + Vz

Vsr = Tension du rgulateur

Modification de la tension de sortie.

Vs = Vsr + R1* (i +iQ)

Vsr = Tension du rgulateur

On choisit i >> iQ

Dans ces conditions

)1(*2

1

R

RVsrVS +


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II.5.3.5) Calcul des composants.

C1et C2sont donns par le constructeur du rgulateur.

Le choix de Vese fait en fonction de Vset de Vdrop, cette dernire est donne parle constructeur, en gnral Vdropminimum 3V.

VVsVdropVsVE 3min ++= VsVVdrop E = minmin

La puissance dissipe par le rgulateur:

max*)( ssmoyCT iVUP

II.5.3.6) Protection des rgulateurs.

D1: protge le rgulateur contre une surtension en sortie, effet selfique.

D2: protge le rgulateur contre les inver-sions de polarit.

II.5.3.7) Rgulateurs ajustables : LM117 ou LM317.

VVavecR

RVV REFREFS 25.1)1(*doncII

2

11ADJ =+


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II.6) Dissipation thermique.

La dissipation de puissance dans un SEMICONDUCTEUR est limite par latemprature de la JONCTION. En gnral TJmaxen fonctionnement = 150C.

Dans les alimentations, on doit vrifier par le calcul si on doit implanter un dissipateursur un rgulateur ou sur un transistor ballast.

Il faut considrer le composant seul sans radiateur, et lui associer un modlethermique.

II.6.1) Modle thermique sans dissipateur :

Botier

Jonction

Air ambiant

RTHJ-A

Modle thermique sans radiateur :

PDIS

RTHJ-A

TJ

TA

La rsistance thermiqueRTH J-Adun composant lectriqueest quivalente une rsistancelectrique classique, sauf que sonunit sexprime en C/W.

La puissance dissipe PDISparun composant est quivalent uncourant lectrique, sauf que lunitsexprime en watt.

La diffrence de tempraturesTj-Ta est quivalente une diff-rence de potentiels.

Le constructeur donne souvent pour un composant les valeurs suivantes :

TJ: Temprature de jonction ne pas dpasser, en gnral 150C.

TA: Temprature ambiante de fonctionnement, en gnral 25Con peut garder unemarge de scurit en prenant 20 Cde plus.

RTH J-A: Rsistance thermique Jonction Ambiant ne pas dpasser, donne par leconstructeur.


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II.6.2) Calculs effectuer pour savoir si lon doit implanter un dissipa-teur :

1) Il faut calculer la puissance que le composant doit dissiper PDIS:

1.1) Si le composant est un transistor ballast.

CCEDIS iVP *=

1.2) Si le composant est un rgulateur de tension type 78XX.

max*)( ssmoyCDIS iUUP

2) Calculer la temprature de jonction T J du composant.

AAJDISJ TurconstructelepardonneRTHPcomposantduT += )(*

Si Tj du composant >Tj max alors il faut un dissipateur.


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II.6.3) Modle thermique avec dissipateur :

RTHJ-A

RTHR-A

RTHB-R

RTHJ-B

PDIS

RTHJ-B

TJ

TB

TA

TR

RTHB-R

RTHR-A

Loi dohm thermique :

)(*ARRBBJDISAJ

RTHRTHRTHPTT

++=

RTH J-Bou RTH j-c :Rsistance thermique Jonction Botier.

RTH B-Rou RTH c-d : Rsistance thermique Botier Radiateur. Cest la rsistance decontact entre le composant et le radiateur, elle peut-tre amliore par lemploi degraisse thermique.

RTH R-Aou RTH d-a: Rsistance thermique Radiateur Ambiant, cest la rsistance duradiateur. Elle dpend des dimensions du radiateur.


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II.6.4) Calcul dun dissipateur:

Tjmax: Temprature max de jonction, donne par le constructeur.

TA: Temprature max ambiante, en gnral 25C, on peut prendre unemarge de scurit de 20C.

PDIS: Puissance dissiper par le composant :

Pour un transistor ballast : maxmax *)( ssEDIS iVVP =

Pour un rgulateur : max*)( ssmoyCDIS iUUP

AAJDISJ TurconstructelepardonneRTHPcalculeT += )(*

Si Tj calcule >Tj max alors il faut un dissipateur.

Calcul de la rsistance thermique ne pas dpasser.

)(max max RBBJDIS

AJAR RTHRTH

P

TTRTH +


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II.7) Protection des alimentations lectriques.

La protection des alimentations lectriques est souvent ralise au primaire dutransformateur.

On utilise un fusiblepour les protger contre les sur intensits et une varis-tancecontre les sur tensions.

EDF220V

fusible

varistance

transformateur

Choix des composants

1) La varistance.

Sa valeur est fonction de la tension du secteur.

2) Le fusible.

Le type fusible doit tre temporis T ou encore trs temporis T T pour quilpuisse supporter la pointe dintensit due la mise sous tension de lalimentation(Condensateurs dchargs).

Sa valeur nominale Inest gale : 1U1

I2*U2In

U

S==


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II.8) Dimensionner une alimentation stabilise ou rgule.

Remarque: Pour dimensionner ou calculer les lments constituants une alimen-

tation, la mthode la plus souvent utilise est d'effectuer le choix des composantsen commenant par la sortie pour remonter vers l'entre.

FS1 FS2 FS3 FS4

Transformateur Redresseur Filtrage Stabil isat ion Rgulat ion

E S

M

Us

Uc

Usec

Upri

tt

tt

t

Hypothses :On donne en gnrale la puissance de sortie Psainsi que U

setI

s

DBUT

Choix du rgulateur ou du stabilisateurChoisir les lments associs au stabilisateur ou au rgulateur (FS4).

- Type de rgulateur.- Type de stabilisateur (transistor BALLAST).

Dterminer la tension minimum Uc min l'entre de FS4.Uc min=Us+Vdrop(Vdrop tension ncessaire

au bon fonctionnement du rgulateur).

Calcul du condensateur de filtrageCalculer Cmin en tenant compte deUC.

Cmin = ( T / UC ) * Is

C nominal = 1,5 * Cmin

U nomin ale = 1,5 * Uc min.

Choix des diodes.IF = IS , VF

U inverse m ax < VRRM

Calcul et choix du transformateur.Uc max = Uc min + Uc

U sec max = Uc max - U chute

U chute= VF ou 2.VF(Pont de diodes).

U sec efficace = Usec max / 2

I sec max = (Is *) / 2

I sec efficace = I sec max / 2

d'o la puissance S (V.A) = U sec efficace * I sec efficace.

Calcul du fusible de protection (au primaire).I prim = I sec * (U sec / U prim)

Le fusible doit tre du type Tou TT, c'est dire temporis.

Calcul de l'nergie perdue et /ou calcul du dissi pateurUc moy = Uc min + (UC/2)

P dis = (Uc moy - Us) * Is pour un rgulateur .

P dis= VCE * Ic pour un transistor BALLAST.

Tj calcule = P dis * (RTH ja donne par le constructeur) + Ta

si Tj calcule > Tj max il faut un dissipateur

la rsistance thermique du diss ipateur

RTH ra


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III) Les alimentations dcoupage.

III.1) Classif ication des alimentations dcoupage.

Non isoles de la source Isoles de la source

Convertisseur abaisseur BUCK

Horloge

T L

Ue

Us

RD C

1VV es = avec

Convertisseur inverseur BUCKBOOST

Horloge

T

L

UeU

s

R

D

C

0VV-1

-V ses 20 Khz.

Schma typique dune alimentation.

HorlogeT

Tr

Ue

230V~

Us

R

D

C

C

Remarque : On redresse directement lesecteur, par consquent le pont diodes etle condensateur de filtrage devront trecorrectement dimensionns pour suppor-ter le secteur.


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III.1) Les alimentations non isoles de la source (avec une bobine).

Elles permettent dabaisser, leveret inverserune tension continue avec detrs faibles pertes. Par consquent ils ont un trs bon rendement, peu dnergie dissiper par le transistor.

III.1.1) Convertisseur abaisseur BUCK.

1VV es


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Remarques importantes : Pour comprendre le fonctionnement des convertis-seurs dcoupage, deux conditions sont fondamentales :

1) La valeur moyenne de la tension aux bornes dune bobine est nul le.

2) La tension de sort ie est continue.

Phase N1 (0 T) Phase N2 (T T)Explications : Le transistor est passantet la diode Dest bloque.

Schma quivalent :

LU

s

RC

IL I

C

UL

IS

Ue

+

-

SESEL UUUUU >= avec

Explications :Le transistor est bloqu etcest la bobine qui fournit lnergie aumontage, la diode Dest passante.

Schma quivalent :

LU

s

RC

IL I

C

UL

IS

+

-

SL UU =

III.1.1.2) Calcul de la fonction de transfert: )(U ES Uf=

UL

(t)

T0 T

VE

-VS

-VS

A1

A2

)(UA

)UU(A

S2

SE1

TT

T

=

=

La valeur moyenne de la tension aux bornes dune bobine est toujours nulle :

[ ]

0UUUU

0)1(U)UU(

01

)(1

U

SSSE

SSE

21

0

L

=+

=

=+==><

AAT

dttUT

T

L

ES UU =


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III.1.1.3) Etude des s ignaux

Phase N1 (0 T) Phase N2 (T T)1) IL : Courant dans la bobine : Le courant dans labobine augmente.

minSE

SEL

UU)(

UUL

ItL

tI

dt

di

L +

=

=

1) IL : Courant dans la bobine : Le courant dans labobine diminue.

maxS

SL

U)(

UL

ItL

tI

dt

di

L +

=

=

2) ID : Courant dans la diode

La diode est bloque : 0)( =tID


La diode est passante : )()( tItI LD = 3) IT : Courant dans le transistor

Le transistor est passant : )()( tItI LT =

3) IT : Courant dans le transistor

Le transistor est bloqu 0)( =tIT

Chronogrammes

H(t)

T

0

T

t

UL

(t)

T0 T

VE

-VS

t

-VS

A1

A2

IL

(t)

T0 T

IMAX

t

IMIN

IT(t)

T0 T

IMAX

t

IMIN

T0 T

IMAX

t

IMIN

ID

(t)


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III.1.1.4) Choix des composants.

III.1.1.4.1) Choix de la bobine.

Calcul :

Le calcul de la valeur de la self passe par londulation crte crte du courant decelle-ci, soit

LI .

FL

VIT

L

VVIII ssEmM

)1(LL

=

==

SoitFI

VL s

L

)1(

=

ILOndulation crte crte du courant dans la bobine.

F: Frquence de travail du convertisseur.

Critres technologiques :Les selfs utilises dans les alimentations dcoupage doivent en autre supporter leshautes frquences (jusqu 100KHz). Il faut toujours choisir les modles prconisspar les constructeurs.


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III.1.1.4.2) Choix du condensateur.

Calcul :Depuis le dbut de cet expos, jai considr que la tension

SV tait continue, mais

en ralit une petite variation )(tvS subsiste.

IL

(t)

T0 T

IMAX

t

IMIN

IS=

IC(t)

T0 Tt

T0 T t

VS(t)

IMAX

IMIN

IC= I

L- I

S

Aires

gales

VS

Q

= dttiCtV

CS )(1

)(

2L 8

)1()1(

8222

1

FCL

VVdonc

FL

VIet

CF

IVdonc

TQet

C

QV

sS

s

LS

ILS

=

=

=

=

=

SoitS

s

VFL

VC

=

28

)1(

VSOndulation crte crte de la tension de sortie.

Critres technologiques :Les condensateurs utiliss dans les alimentations dcoupage doivent avoir unefaible rsistance srie (ESREffective Serie Resistor). En effet londulation de la ten-sion de sortie est proportionnelle aux variations de courant du condensateur.


34/43



III.1.1.4.3) Choix de la diode et du t ransistor T.

Le principal critre de choix de la diode doit tre la rapidit, en effet les convertis-seurs dcoupage fonctionnent des frquences de lordre de la dizaine de kilo-

hertz. On choisit par consquent des diodes rapides comme les diodes schottky.Pour le transistor, il doit possder une faible rsistance et commuter rapidement, onutilise souvent des transistors MOS.

III.1.1.5) Performances.

Rendement :Si on considre des composants parfaits (VSAT=0V etVseuil=0V) le ren-dement est de 100%, c'est--dire que lon ne perd pas dnergie ! !

En ralit la diode a une tension de seuil VDet le transistor une tension VSAT sesbornes quand il conduit. On peut dans ces conditions calculer le rendement :

)(

)(

DSE

DsatES

VVV

VVVV

+

+=

Avec cette quation on obtient des rendements de lordre de 80% 90%, compareraux rendements des alimentations classiques de lordre de 50%.

Courbe de transfert.

VS

VE

Ondulations de sorties.

Ondulation du courant dans linductance :FL

VI EL

)1( =

Ondulation de la tension de sortie (ESR = 0): 28

)1(

FCL

VV ES

=


35/43



III.1.2) Convert isseur lvateur BOOST.

Horloge T

LUe

Us

R

D

C

Ie

IT

ID

IL

IC

UL U

DI

S

+

-

eses VVV-1

1V >= avec

III.1.2.1) Principe de fonctionnement :

Le transistor Test command par une horloge H. Pendant le temps haut delhorloge (PHASE N1 de 0 T), le transistor Test command et la bobine Lem-magasine de lnergie et le condensateur C restitue son nergie la charge. Pen-dant le temps bas de lhorloge (PHASE N2 de T T), le transistor est bloqu et labobine L restitue lnergie emmagasine, la diode est passante donc Usest sup-rieure Ue.

Phase N1 (0 T) Phase N2 (T T)

Explications : Le transistor est passantet la diode Dest bloque. Le condensa-teur restitue son nergie.

Schma quivalent :

L Us

RC

IL

IC

IS

Ue

UL

T

+

-

ESEL UUUU >= avec

Explications :Le transistor est bloqu etcest la bobine qui fournit lnergie aumontage, la diode Dest passante.

Schma quivalent :

L Us

RC

IL

IC

IS

UL

T

Dpassante

Ue +

-

dt

IdLUet LL== LES UUU

comme le courant IL diminue alors

0


36/43



III.1.2.2) Calcul de la fonction de transfert: )(U ES Uf=

UL

(t)

T0 T

VE

VE

-VS

A1

A2

)()UU(A

UA

SE2

E1

TT

T

=

=


[ ]

0UUUUU

0)1()UU(U

01

)(1

U

SESEE

SEE

21

0

L

=++

=+

=+==><

AAT

dttUT

T

L

)1(

UU ES

=


VS

VE

1

1

Les tensions leves avec un rapport cyclique proche de 1sont difficiles atteindre cause des imperfections des composants.


37/43





minE

EL

U)(

UL

ItL

tI

dt

di

L +=

=


maxES

SEL

UU)(

UUL

ItL

tI

dt

di

L +

=

=








Chronogrammes

H(t)

T

0

T

t

UL(t)

T0 T

VE

t

VE

-VS

A1

A2

IL

(t)

T0 T

IMAX

t

IMIN

IT(t)

T0 T

IMAX

t

IMIN

T0 T

IMAX

t

IMIN

ID

(t)


38/43




III.1.2.4.1) La bobine.

FI

VL s

L

)1(

=

F: Frquence de travail du convertisseur,

ILOndulation crte crte du courantdans la bobine.


III.1.2.4.2) Le condensateur.

S

S

VF

IC

=

VSOndulation crte crte de la tension de sortie.

Critres technologiques :Les condensateurs utiliss dans les alimentations dcoupage doivent avoir unefaible rsistance srie (ESREffective Serie Resistor).

III.1.2.4.3) Choix de la diode et du t ransistor T.Le principal critre de choix de la diode doit tre la rapidit, en effet les convertis-seurs dcoupage fonctionnent des frquences de lordre de la dizaine de kilo-



Rendement :Si on considre des composants parfaits (VSAT=0V etVseuil=0V) le ren-dement est de 100%, c'est--dire que lon ne perd pas dnergie ! !En ralit la diode a une tension de seuil VDet le transistor une tension VSAT sesbornes quand il conduit. On peut dans ces conditions calculer le rendement :

)(

)(

satDSE

satES

VVVV

VVV

+

=



Ondulation du courant dans l inductance :FL

VI EL

=

Ondulation de la tension de sortie (ESR = 0):FC

IV SS

=


39/43



III.1.3) Convertisseur inverseur BUCK - BOOST.

0VV-1

-V ses


40/43



UL

(t)

T0

T

VE

VS

A1

A2

)(UA

UA

S2

E1

TT

T

=

=


[ ]

0UUU

0)1(UU

01

)(1

U

SSE

SE

21

0

L

=+=+

=+==><

AAT

dttUT

T

L

)1(

UU ES

=


VS

VE

1

Les tensions leves avec un rapport cyclique proche de 1sont difficiles atteindre cause des imperfections des composants.


41/43





minE

EL

U)(

UL

ItL

tI

dt

di

L +=

=


maxS

SL

U)(

UL

ItL

tI

dt

di

L +=

=








Chronogrammes

H(t)

T

0

T

t

UL(t)

T0 T

VE

t

VS

A1

A2

IL

(t)

T0 T

IMAX

t

IMIN

IT(t)

T0 T

IMAX

t

IMIN

T0 T

IMAX

t

IMIN

ID

(t)


42/43




III.1.3.4.1) La bobine.

FI

VL

S

L

)1(

=

F: Frquence de travail du convertisseur.ILOndulation crte crte du courant dans la bobine.


III.1.3.4.2) Le condensateur.

S

S

VF

I

C =

VSOndulation crte crte de la tension de sortie.Critres technologiques :Les condensateurs utiliss dans les alimentations dcoupage doivent avoir unefaible rsistance srie (ESREffective Serie Resistor). En effet londulation de la ten-sion de sortie est proportionnelle aux variations de courant du condensateur.

III.1.3.4.3) Choix de la diode et du t ransistor T.Le principal critre de choix de la diode doit tre la rapidit, en effet les convertis-seurs dcoupage fonctionnent des frquences de lordre de la dizaine de kilo-



Rendement :Si on considre des composants parfaits (VSAT=0V etVseuil=0V) le ren-dement est de 100%, c'est--dire que lon ne perd pas dnergie ! !En ralit la diode a une tension de seuil VDet le transistor une tension VSAT sesbornes quand il conduit. On peut dans ces conditions calculer le rendement :

)(

)(

DSE

satES

VVV

VVV

+

=



Ondulation du courant dans linductance :FL

VI EL

=

Ondulation de la tension de sortie (ESR = 0):FC

IV S

S

=


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IV) Bibl iographie.

- Al imentations dcoupage Michel GIRARD DUNOD.

- Al imentations l inaires Michel GIRARD DUNOD.

- Les alimentations lectroniques Pierre May -DUNOD

alimentation electrique

Documents