Alimentations à découpage à isolement galvanique

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1 Plan de l'étude : MC-E U de ours Départeent GE ièe année Alientations à découpage à isoleent galvanique Alientation à flux asyétrique : ) alientation de type FLYBACK ; ) alientation de type FORWARD ; Alientation à flux syétrique : 3) alientation syétrique de type PUSH-PULL ; 4) alientation syétrique ontage en dei pont ; 5) alientation syétrique ontage en pont ; Bibliographie : [LVRE] J. P. FERREUX, F. FORES, Alientations à découpage - convertisseurs à résonance, 3e édition revue et augentée, 999. [LVRE05] [LVRE03] [PAP46] [PAP47] [PAP0] R. BAUSERE, F. LABRQUE, G. SEGUER, Volue 3. La conversion continu continu, éditions EC&DOC, 997. P.. KREN, Eleent of power electronics, Oxford University Press, 997. [D36][D363], Alientations à découpage - Convertisseurs continucontinu non isolés, FOCH H. et al, echniques de l'ngénieur, septebre 990. [D364], Alientations à découpage - Le transforateur dans les alientations à découpage, FOCH H. et al, echniques de l'ngénieur, juin 99. [D365], Alientations à découpage - Convertisseurs continu continu isolés, FOCH H. et al, echnique de l'ngénieur, ars 99. hierry LEQUEU Septebre 00 Fichier : U-MC-E-4R.DOC Page 5

2 MC-E U de ours Départeent GE ièe année Alientations industrielles : Solutions technologiques hierry LEQUEU Septebre 00 Fichier : U-MC-E-4R.DOC Page 5

3 MC-E U de ours Départeent GE ièe année Alientation à découpage de type FLYBACK Ve Schéa de principe : Fores d'ondes : i v n n i v v D v D C R i +Ve v (t) - n.i (t) n.i (t) t t Phases de fonctionneent : i v D i 0 v D Ve L i 0 Ve L D C R i Valeur oyenne de la tension de sortie : Ondulation de la tension de sortie : Ondulation du courant d'entrée : L L Ve s C F Ve L F hierry LEQUEU Septebre 00 Fichier : U-MC-E-4R.DOC Page 53

4 MC-E U de ours Départeent GE ièe année Fonctionneent en conduction discontinue (FLYBACK) ension aux bornes du transistor et courant agnétisant v (t) +Ve Ve+ i 0(t) ax t 0 t ' ension aux bornes de l enrouleent et courant agnétisant +Ve v (t) ax i (t) 0 0 t - hierry LEQUEU Septebre 00 Fichier : U-MC-E-4R.DOC Page 54

5 MC-E U de ours Départeent GE ièe année Caractéristique de sortie de l alientation FLYBACK La tension noralisée vaut a) En régie continu, Ve L F L F y. Le courant de charge noralisé vaut x s s Ve Ve Ve, donc y. b) En régie discontinu, y vaut alors y qui est une hyperbole paraétrée en. x. c) La condition de passage d'un régie à l'autre est liée à la présence d'un courant oyen liite, noté s liite égal Ve au courant oyen dans la diode. Avec ', on a : S liite ax Ve ' ' de fore noralisée L F y xli ite y ( + ) Dans le plan courant/tension y(x), ceci se traduit par une courbe liite de fore hyperbolique. Cette courbe s'exprie aussi par : ( ) xli ite y li ite 6 5 alpha alpha alpha 0.75 alpha alpha 0.5 alpha hierry LEQUEU Septebre 00 Fichier : U-MC-E-4R.DOC Page 55

6 MC-E U de ours Départeent GE ièe année Contraintes sur les interrupteurs de l alientation FLYBACK Le transistor : ( AV ) V M M ax s Ve + L F s e Ve + oy! ransistor MOSFE : 0 R DSon DS ( RMS) P. Bipolaire : P0 RD C( RMS) + VCEsat C( AV ) ( ) s + s RMS eff avec ed 0oy Dans la cas ou l'ondulation est faible << in et ( )., in 0oy ax Lorsque l'alientation travail à in 0, ( RMS ) 3 3 ax. RMS 0oy La diode D : V D ax Doy D inv ax V FRM F ( AV ) DRM s Ve + L F s + Ve + Les pertes statiques dans la diode valent : P0 RD F( RMS ) + VD0 F( AV ) ( ) s + F RMS Deff eff ( ) et s ed 0oy 0oy Si l'ondulation est faible <<, l'expression devient ( RMS ) ax Lorsque l'alientation travail à in 0, L ax et ( RMS ) F. ( ) ( ) ax F. hierry LEQUEU Septebre 00 Fichier : U-MC-E-4R.DOC Page

7 MC-E U de ours Départeent GE ièe année Facteurs de diensionneent de l alientation FLYBACK Pour la diode D : Pour le transistor : Fd ( ) Fd ( D) VM VRRM F Ps s M ( AV ) + Ve ( ) L F s Choix de Contraintes sur le transistor Si l ondulation du courant agnétisant est faible : ( ) Fd, ( ) Dans cette configuration, la tension de sortie vaut Ve Ve La tension aux bornes du transistor est égale à Ve.. d0 0 et d A / Facteur de diensionnent Fd du transistor alpha hierry LEQUEU Septebre 00 Fichier : U-MC-E-4R.DOC Page 57

8 MC-E U de ours Départeent GE ièe année Alientation FLYBACK en régie auto oscillant Schéa de principe et fores d'ondes : Valeur oyenne de la tension de sortie : t Ve t Fréquence de coutation : F L ax + Ve hierry LEQUEU Septebre 00 Fichier : U-MC-E-4R.DOC Page 58

9 MC-E U de ours Départeent GE ièe année Circuit de déagnétisation par pont P.- KREN., Eleent of power electronics, page 34, figure.5: Schéa de principe FLYBACK : K K 4 E lf K K 3 hierry LEQUEU Septebre 00 Fichier : U-MC-E-4R.DOC Page 59

10 MC-E U de ours Départeent GE ièe année Alientation à découpage de type FORWARD Schéa de principe : 30V 50Hz v E C E i E n3 v 3 D v i n v n i v Dtr D il i D v D v L L i S C R v S 5V 0A 3 phases de fonctionneent : hierry LEQUEU Septebre 00 Fichier : U-MC-E-4R.DOC Page 60

11 MC-E U de ours Départeent GE ièe année Alientation FORWARD Fores d'ondes Valeur oyenne de la tension de sortie : Ve Ondulation du courant de sortie : L ( ) Ve L F Ve 8LC F Ondulation de la tension de sortie : ( ) hierry LEQUEU Septebre 00 Fichier : U-MC-E-4R.DOC Page 6

12 MC-E U de ours Départeent GE ièe année Caractéristique de sortie de l alientation FORWARD La caractéristique de l alientation FORWARD est identique à celle du hacheur série, en replaçant Ve par Ve. La tension noralisée vaut a) En régie continu, Ve, donc y. b) En régie discontinu y vaut alors LF y. Le courant de charge noralisé vaut x s. Ve Ve y x qui est une hyperbole paraétrée en. + c) La condition de passage d'un régie à l'autre est liée à la présence d'un courant oyen liite, noté s liite égal à une dei ondulation du courant dans l'inductance L /. On a donc : L Ve sli ite ( ) de fore noralisée LF ( y) y x liite Dans le plan courant/tension y(x), ceci se traduit par une courbe liite de fore parabolique correspondant à la fore de L (). Cette courbe s'exprie aussi par : x liite yliite ( ) alpha alpha 0.4 alpha alpha 0. alpha hierry LEQUEU Septebre 00 Fichier : U-MC-E-4R.DOC Page 6

13 ax s + V ax + MC-E U de ours Départeent GE ièe année Contraintes sur les coposants nterrupteur : Ve L F Ve L F ( ) + Ve ' V RRM Diode D : ( + ' ) Ve Ve β oy (ok) (faible) L F ' Diode Dtr : V RRM oy F(AV) Ve ' Diode D : V RRM oy F(AV) Ve s ( ) s Facteur de diensionneent - Choix de ' Le facteur de diensionneent de l'interrupteur vaut : V Fd K ax P K ax + Ve s ' Ve s + ' Ce facteur est ajoré d'un coefficient + par rapport à celui du hacheur série. Ceci ' est la conséquence de la déagnétisation qui ipose une tension de blocage du transistor supérieure. Pour le régie noinal de fonctionneent (rapport cyclique axial) et pour exploiter au ieux l'alientation et le circuit agnétique, on à intérêt à ce que la déagnétisation coplète de l'inductance L correspond avec la période de découpage, soit : 0ax E L n n 3 E L ( ) Le facteur de diensionneent devient alors par un iniu pour ax 0,5. ' ax ( ) ax ax + ' Fd. Cette fonction passe On en déduit que pour iniiser le diensionneent de l'interrupteur, il faut choisir cette valeur particulière du rapport cyclique et donc prendre ', soit n n 3. Dans cette configuration, la tension aux bornes des coposants priaires sont égales à Ve. hierry LEQUEU Septebre 00 Fichier : U-MC-E-4R.DOC Page 63

14 MC-E U de ours Départeent GE ièe année Circuits de déagnétisation pour le ontage FORWARD Par diode zener : Ve Dz D p Par réseau RCD : Ve R D C p Par pont asyétrique : p D Ve D p hierry LEQUEU Septebre 00 Fichier : U-MC-E-4R.DOC Page 64

15 MC-E U de ours Départeent GE ièe année Alientation à découpage syétriques ontage "PUSH-PULL" Schéa de principe : Fores d'ondes en charge : Fonctionneent à vide : hierry LEQUEU Septebre 00 Fichier : U-MC-E-4R.DOC Page 65

16 MC-E U de ours Départeent GE ièe année Alientations à découpage syétriques Schéa de principe du ontage en dei-pont : Montage en pont : Fores d'onde en charge : hierry LEQUEU Septebre 00 Fichier : U-MC-E-4R.DOC Page 66