Table des matières CHAPITRE 1 : INTRODUCTION. 2. Introduction aux convertisseurs d'énergie Principes fondamentaux 8

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1 Table des matières 2. Introduction aux convertisseurs d'énergie Les sources Principes fondamentaux Les intemtpteurs Caractéristiques statiques Changements d'état d'un interrupteur Classification des interrupteurs lntemtpteurs à deux segments Intemtpteurs à trois segments II Intemtpteurs à quatre segments La commutation La cellule de commutation Détermination des caractéristiques statiques La notion de commutation naturelle Influence de ve et i sur la nature des commutations Influence de la commutation sur la nature des inteltupteurs d'une cellule Règles de la dualité Définitions Application aux intemtpteurs Application aux convertisseurs Eléments de synthèse d'un convertisseur Remarques générales 23 CHAPITRE 1 : INTRODUCTION. 1. Présentation des alimentations à découpage Evolution des systèmes d'alimentations Principes Alimentations à régulation linéaire Alimentations à découpage Intérêts et limitations du découpage Composants à semi-conducteurs Transformateur Impact de la fréquence de découpage Dimensionnement des filtres Limitations du découpage Comparaison des deux systèmes existants 4

2 CHAPITRE Il: ALIMENTATIONS A DECOUPAGE A COMMUTATION COMMANDEE Convertisseurs continu-continu sans isolement galvanique Introduction Hacheur série (type BUCK) Principe de fonctionnement en conduction continue Principales relations et contraintes sur les composants Ondulations de courant et de tension Contraintes Facteurs de dimensionnement Fonctionnement en conduction discontinue Hacheur parallèle (type BOOST) Principe de fonctionnement Fonctionnement en conduction discontinue Principales relations et contraintes sur les composants Contraintes Facteurs de dimensionnement Ondulations de courant et de tension 34 la. Hacheur à stockage inductif (type BUCK-BOOST) Principe de fonctionnement Fonctionnement en conduction discontinue Principales relations et contraintes sur les composants Ondulations Contraintes Facteurs de dimensionnement Hacheur à stockage capacitif (hacheur de CUK) Principe de fonctionnement Fonctionnements en conduction discontinue Régime discontinu de courant Régime discontinu de tension Principales relations et contraintes sur les composants Ondulations Contraintes Facteurs de dimensionnement Couplage magnétique des inductances Hacheurs dérivés du hacheur de Cuk Hacheur SEPIC (Single-Ended Primary Inductor Converter) Hacheur ZETA Choix du rapport cyclique Influence des résistances parasites Facteurs de dimensionnement Tableaux récapitulatifs Modes de commande 48

3 3. Alimentations à découpage symétriques Définition Montage Push-Pull Fonctionnement à vide Fonctionnement en charge Principales relations et caractéristiques Contraintes sur les composants Facteur de dimensionnement Montage en demi-pont Montage en pont Fonctionnement Principales relations et caractéristiques Commande à Temps de conduction fixe et Fréquence variable Commande en Fourchette : Commande en mode courant Commande auto-oscillante Alimentations à découpage asymétriques Introduction Alimentation à découpage FLYBACK Principe de fonctionnement en régime continu Principales relations et contraintes sur les composants Ondulations Contraintes sur les composants Facteur de dimensionnement de l'interrupteur Alimentation FLYBACK en régime auto-oscillant Structures FLYBACK entrelacées Alimentation à découpage FORWARD Principe de fonctionnement en régime continu Principales relations et caractéristiques Contraintes sur les composants Ondulations Facteur de dimensionnement - Choix de m' Variantes du montage FORWARD Démagnétisation par réseau RCD Démagnétisation par pont asymétrique Alimentations FOIward entrelacées (montage push-push) Convertisseur à stockage capacitif isolé galvaniquement Principe de fonctionnement Contraintes Variante à couplage magnétique total 65

4 Contraintes sur les composants 7\ Facteur de dimensionnement 7\ 3.5. Problèmes inhérents aux structures symétriques 7\ Polarisation du transfonnateur Mise en oeuvre des intenupteurs Influence des inductances de fuite sur le transfert de puissance - Exemple du Forward Alimentations multi-voies Présentation du problème technique Post-régulation magnétique Commandes mixtes Alimentations à absorption sinusoïdale La correction du facteur de puissance Introduction Définitions La nonne EN Le redressement classique Fonctionnement en conduction continue: L de valeur élevée Fonctionnement en conduction discontinue: L de valeur faible Topologies de convertisseurs à absorption sinusoïdale Exemple du hacheur parallèle Fonctionnement et définition de la loi de commande Dimensionnement des composants Dimensionnement des composants à semi-conducteurs Dimensionnement du condensateur et de l'inductance Modes de commande Fonctionnement en conduction continue Fonctionnement en conduction discontinue Exemple de l'alimentation FLYBACK Analyse en conduction continue Contenu Analyse en protégé conduction par discontinue copyright 95

5 3. Alimentations à découpage à résonance Principes Rappels des propriétés des circuits résonnants Structures de base - modes de commutation Onduleurs de tension à commutation monotype - circuits série Ondu1eurs de tension à commutation mixte - circuits série Onduleurs de courant à commutation monotype - circuits parallèles Convertisseur à résonance série - F > Fo 133 CHAPITRE III : ALIMENTATIONS A DECOUPAGE A COMMUTATION NATURELLE Introduction Alimentations à découpage quasi-résonnantes Intenupteurs résonnants Hacheurs quasi-résonnants Principes de synthèse Fonctionnement - exemple des hacheurs série Hacheur série HSRA Hacheur série HSRA Hacheur série HSRBI Hacheur série HSRB Eléments de généralisation (caractéristiques - contraintes) Caractéristiques de sortie Contraintes et facteurs de dimensionnement Application aux hacheurs à stockage inductif HlRA Régime discontinu-exemple du hacheur série HSRA Alimentations à découpage quasi-résonnantes Alimentation FORWARD de type RAI Principe de fonctionnement Principales relations et contraintes sur les composants Alimentation FORWARD de type RA Principe FORWARD RA2 avec démagnétisation résonnante Alimentation FLYBACK de type RA Principe de fonctionnement Principales relations et contraintes sur les composants

6 Fonctionnement pour F > Fo Analyse au 1er harmonique Eléments de dimensionnement - contraintes Dimensionnement Influence des condensateurs d'aide à la commutation Contraintes sur les composants - facteurs de dimensionnement Caractéristiques générales - avantages et inconvénients Convertisseur à résonance série - F < Fo Fonctionnement pour Fo/2 < F < Fo Fonctionnement en régime continu Fonctionnement en régime discontinu Fonctionnement pour F < Fo/ Contraintes sur les composants - facteurs de dimensionnement Caractéristiques de transfert des convertisseurs à résonance série Convertisseur à résonance parallèle Convertisseur à résonance série - parallèle Eléments de dimensionnement - contraintes Dimensionnement Contraintes sur les composants - facteurs de dimensionnement 149 CHAPITRE IV : LES COMPOSANTS A SEMI-CONDUCTEURS -ET LEUR ENVIRONNEMENT DANS LES ALIMENTATIONS A DECOUPAGE Eléments sur les composants de puissance Les diodes Les diodes PIN Caractéristiques statiques Comportement dynamique Quelques ordres de grandeurs à propo des diodes PIN rapides Les diodes shottky Les composants commandés Le transistor bipolaire, Caractéristiques statiques Comportement dynamique Aires de sécurité en commutation Quelques ordres de grandeurs à propos des transistors bipolaires

7 Le transistor à effet de champ et grille isolée (MOSFET) Caractéristiques statiques Comportement dynamique Quelques ordres de grandeurs à propos des transistors MOSFET Le transistor "IGBT" Caractéristiques statiques Comportement dynamique Quelques ordres de grandeurs à propos des IGBT Commutation et environnement Forme générale de la commutation commandée 169 dans une cellule interrupteur-diode Approche simplifiée des principaux phénomènes Fermeture Ouverture Pertes par commutation Influence du phénomène de recouvrement des diodes à la fermeture Influence de l'inductance de maille à l'ouverture Bilan sur le problème énergétique de la commutation commandée Impact des techniques de commutation naturelle Commande de fermeture Commande d'ouverture Circuits d'aide à La Commutation (CALe) Principe des circuits d'aide à la fermeture Plincipe des circuits d'aide à l'ouverture Association des circuits d'aide Exemple de circuits non dissipatifs CALC non dissipatif dans une cellule de commutation CALC non dissipatif dans une alimentation mono-interrupteur - exemple du Fonvard Circuits d'écrêtage dans les alimentations à découpage Ecrêtage dans les structures non isolées - exemple de la cellule de commutation Ecrêtage dans les structures isolées I.CasduFORWARD Cas du FLYBACK Influence des inductances de fuite Introduction d'écrêteurs 196

8 1. Les composants magnétiques Introduction Les circuits magnétiques Quelques caractéristiques des matériaux utilisables en HF Les ferrites Les matériaux à entrefer réparti à poudres métalliques Les matériaux amorphes Les bobinages Résistance d'un conducteur en régime alternatif Résistance des bobinages de transfonnateur en régime alternatif Choix des conducteurs Cas des transformateurs Cas des inductances Techniques de dimensionnement Principes fondamentaux Transformateurs de tension Inductances Volume d'un composant magnétique Limites théoriques à une procédure rigoureuse Proposition d'une méthode simplifiée Etapes 1 à 5 - Choix de J et des conducteurs Etapes 6 à8 - choix de BM - calcul de A et choix du noyau Etapes 9 à Il - détermination des bobinages Calcul de l'entrefer dans le cas des inductances Etudes de cas Transfonnateurs de tension - exemple du FORWARD Inductances Inductances de lissage Inductances de résonance Cas particulier de l'inductance couplée du FLYBACK Enroulement auxiliaire Influence des circuits d'aide à l'ouverture Cas du FOJward Cas du Flyback 202 CHAPITRE V: LES COMPOSANTS PASSIFS DANS LES ALIMENTATIONS A DECOUPAGE 205

9 l.6. Transformateurs d'intensité Relations caractéristiques Eléments de dimensionnement..: Modèles électriques simplifiés d'un composant magnétique Modèle inductif Composant à deux enroulements Composants à trois enroulements Détermination des inductances de fuite Influence de la fréquence sur les inductances de fuite Capacités parasites Localisation Détermination des capacités propres Modèle réactif global Les condensateurs Caractéristiques principales des condensateurs Schéma équivalent Limitations d'un condensateur Problèmes thermiques Problèmes liés à l'inductance série Problèmes liés aux courants impulsionnels Emploi des condensateurs Condensateurs de filtrage Condensateurs de commutation et de résonance Technologies employées Les condensateurs électrolytiques Les condensateurs céramiques Les condensateurs films 268 CHAPITRE VI : MODELISATION DES ALIMENTATIONS A DECOUPAGE Principes généraux de modélisation Classification des convertisseurs Méthode des schémas équivalents moyens Mise en équations Modèle équivalent moyen Exemple Exploitation de la méthode Méthode des générateurs équivalents moyens Principe de la modélisation Exemple du hacheur série en conduction discontinue 276

10 3. Fonctions de transfert du hacheur à stockage inductif Fonctions de transfert en conduction continue Fonctions de transfel1 en conduction discontinue Fonctions de transfel1 en régime auto-oscillant Modélisation des alimentations à commutation commandée Alimentation FORWARD Fonctions de transfert en conduction continue Commande en amplitude Fonctionnement en conduction discontinue Alimentation FLYBACK Modélisation des alimentations àcommutation naturelle Modélisation des convertisseurs quasi-résonnants Principe de la modélisation Application au FLYBACK RA Modélisation du convertisseur à résonance série Méthode du générateur équivalent moyen Modélisation dynamique au 1er harmonique Modélisation du convertisseur à résonance série-parallèle 294 ANNEXE A : CALCUL DU FONCTIONNEMENT STATIQUE DE L'ALIMENTATION A RESONANCE SERIE Fonctionnement pour F > Fo Calcul du courant moyen redressé Détermination de la tension de sortie Vs en fonction de la fréquence F et de la charge R Fonctionnement pour Fo/2 < F < Fo Conduction continue Conduction discontinue Fonctionnement pour F < Fo/ ANNEXE B : FONCTIONS DE TRANSFERT DES PRINCIPAUX HACHEURS Fonctions de transfert du hacheur série Fonctions de transfert en conduction continue Fonctions de transfel1 en conduction discontinue Fonctions de transfert du hacheur parallèle Fonctions de transfert en conduction continue Fonctions de transfert en conduction discontinue 307

11 4. Fonctions de transfert du hacheur à stockage capacitif BIBLIOGRAPHIE INDEX 317