GEL 4102 Electronique de Puissance

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1 Automne 2014 GEL 4102 Electronique de Puissance Les alimentations à découpage isolées 18 novembre 2014 Jérôme Cros

2 Structures d alimentations isolées À flux asymétrique (Alimentation unipolaire du transfo) À flux symétrique (Alimentation alternative du transfo) À résonance (Alimentation du transfo par circuit oscillant) 2

3 Alimentation Fly-back (buck-boost isolé) Alimentation à flux asymétrique 3

4 Principe d un Fly-back C est une inductance à deux enroulements! Les deux enroulements ne fonctionnent pas ensemble 4

5 Séquences et allure des signaux en conduction continue Charge de l inductance Décharge de l inductance 5

6 Relations caractéristiques (conduction continue) Relation entre les tensions : R Vs = m Ve 1 R Rapport de transformation n2 m = n 1 Ondulation du courant d entrée R I1 = Ve L f 1 Ondulation de tension de sortie R VS = C f Is 6

7 Exemple de Fly-back 7

8 Montage Fly-back Principal avantage : Nombre minimal de composants actifs Inconvénients : Le composant magnétique doit stocker de l énergie magnétique. Ce n est pas un transformateur mais une inductance à deux enroulements. Son volume est plus important que celui d un transformateur Les composants sont très sollicités: Flans raides de courant dans les diodes et le condensateur Il faut une protection en courant (risque de saturation) 8

9 Variantes du montage Flyback Les deux transistors se partagent la tension lorsqu ils sont bloqués Les diodes agissent comme diodes d écrêtage : la tension aux bornes de l inductance varie entre +E et E 9

10 Alimentation Forward (buck isolé) avec démagnétisation par diode zéner Alimentation à flux asymétrique On utilise une diode zéner pour dissiper l énergie magnétique stockée dans le noyau du transformateur lorsque Tp s ouvre 10

11 Principe d un Forward C est un transformateur. Les deux enroulements fonctionnent ensemble 11

12 Relations caractéristiques (conduction continue) Relation entre les tensions : R Vs = m Ve 1 R Ondulation du courant dans l inductance R ( 1 R) I L = m Ve L f 1 Rapport de transformation m = n n 2 1 Ondulation de tension de sortie R ( 1 R) VS = m Ve 2 8LC f 12

13 Alimentation Forward (buck isolé) avec démagnétisation avec un snubber RC Alimentation à flux asymétrique L énergie magnétique du noyau du transformateur est dissipée par la résistance R (VLmoy doit être nul au primaire en RP!). Le condensateur limite la surtension lorsque Tp s ouvre. 13

14 Alimentation Forward (buck isolé) avec un enroulement de démagnétisation L enroulement 3 permet de récupérer l énergie de démagnétisation du transformateur lorsque Tp s ouvre. L enroulement 3 doit être très bien couplé avec l enroulement 1 mais il y a toujours une surtension en raison des inductances de fuite 14

15 Alimentation Forward en pont asymétrique Les diodes D1 et D3 conduisent lorsque T1 et T2 s ouvrent. Elles permettent de récupérer l énergie de magnétisation sur la source d entrée. Il n y a pas de surtension dans ce montage. 15

16 Alimentation Forward Avantages: Inconvénient : Véritable source de tension Fonctionnement à vide possible Ondulation de courant dans l inductance et le condensateur faible Possibilité de fonctionnement survolteur avec le transformateur Réalisation du transformateur plus complexe si on ajoute un troisième enroulement pour la démagnétisation (deux fils en main) Nombre de composants plus importants qu un flyback Applications: Alimentations isolées de faible coût avec faible ondulation de sortie Puissance comprise entre 50W et 400W Alimentation de PC 16

17 Exemple d alimentation Forward 17

18 Convertisseur DC-DC indirect Alimentation à flux symétrique Onduleur monophasé en pont Redresseur monophasé en pont (double alternance) 18

19 Montage avec un onduleur triphasé en pont complet 19

20 Puissance typique des différents types de convertisseurs DC -DC 20

21 Choix d une structure de convertisseurs DC -DC Vs (V) 500 Flyback 50 5 Flyback Forward Forward Forward Push-pull Demi-pont Pont complet P (W) 21

22 Réduction de la taille des inductances du bus DC de sortie 22

23 Exemple de convertisseur triphasé de 1kW 23

24 Bibliographie Les techniques de l ingénieur Site Web : Dossiers : Electronique de puissance, convertisseurs Fichiers pdf à télécharger : Convertisseurs continu-continu isolés : D