Troisième partie Waldenburg slides Self, Transformateur et Snubber

Transcription

1 Troisième partie Waldenburg slides Self, Transformateur et Snubber 1

2 1/5 Une excellente qualité de simulation 2

3 Exemple alimentation Flyback 3

4 2/5 Un outil de mesures LTspiceIV 4

5 Un outil de mesures LTspiceIV très pratique, self-mètre, gauss-mètre et mesureur de champ magnétique Hc = champ coercitif Bs = induction de saturation Br = induction rémanente A = section Lm = longueur Lg = entrefer N = nombre de tours 5

6 Cycle d hystérésis 6

7 Exemple de mesures LTspiceIV faites en fonction du courant pour N=500, 750, 1000, 1250 et 1500 tours Le courant I1 varie de -100mA à +100mA Le champ magnétique H produit par le courant I1 La densité du flux d induction B engendré par le champ magnétique H La valeur de la self L1 en fonction du courant I1 Courbe noir N=500, courbe violette N=1500 7

8 Evolution du cycle d hystérésis en fonction du nombre de tours du primaire (courant constant) N=500 : pratiquement pas de saturation N=1500 : forte saturation 8

9 Pour quelle raison le cycle d hystérésis d une ferrite destinée à la transmission de puissance est-il très étroit? 9

10 Cycle d hystérésis d une ferrite destinée à la transmission de puissance (en fonction du champ magnétique) 10

11 Cycle d hystérésis d une ferrite destiné à la transmission de puissance (en fonction du courant) 11

12 Evolution du cycle d hystérésis en fonction de l entrefer inséré dans le circuit magnétique (courant constant) Noir Lg=0, bleu Lg=20u, rouge Lg=40u, turquoise Lg=60u, violet Lg=80u et gris Lg=100u 12

13 Evolution du cycle d hystérésis en fonction du champ magnétique (courant primaire variable) C est la méthode utilisée pour démagnétiser un aimant permanent 13

14 Parcourt du cycle d hystérésis dans le cas d une alimentation dissymétrique, exemple flyback ou forward Parcourt du cycle d hystérésis secondaire lorsque le courant ne change pas de sens et varie de 0,1mA à 0,7 ma 14

15 3/5 Le modèle de transformateur 15

16 Modèle N 1 (linéaire ou non saturable) de transformateur avec self de fuite explicite K = 1 Seul le coefficient de couplage K est spécifié, le rapport de transformation N est spécifié implicitement Comme étant la valeur de la racine carrée du rapport de la self primaire Lp et de la self secondaire Ls Ce schéma ne peut pas utiliser le modèle CHAN (avec saturation et hystérésis) sur la self Lp 16

17 Modèle N 2 (linéaire ou non saturable) de transformateur avec Self de fuite implicite K 1 Seul le coefficient de couplage K est spécifié, le rapport de transformation N est spécifié implicitement Comme étant la valeur de la racine carrée du rapport de la self primaire Lp et de la self secondaire Ls Ce schéma ne peut pas utiliser le modèle CHAN (avec saturation et hystérésis) sur la self Lp 17

18 Modèle N 3 (non linéaire ou saturable) de transformateur avec Self de fuite explicite 1/RT = 1/N = Ns / Np = racine carrée (Ls / Lp) Ce schéma PEUT utiliser le modèle CHAN (avec saturation et hystérésis) sur la self Lp 18

19 Le modèle CHAN n a besoin que de 7 valeurs Trois valeurs pour caractériser le matériau magnétique Hc = 0,13 le champ coercitif (en ampère/mètre), Bs = 0,51 la densité du flux d induction magnétique maximum à la saturation (en tesla) Br = 0,11 la densité du flux magnétique rémanent (en tesla), Trois valeurs pour définir la géométrie du circuit magnétique A = la surface de la section minimum du circuit magnétique (en mètre carré), Lm = la longueur que doit parcourir (en moyenne) le flux magnétique pour se reboucler sur luimême (en mètre), Lg = 0, la longueur de l espace perpendiculaire à la circulation du flux magnétique remplie de matériau non magnétique (bakélite, plastique, carton ou air) appelée entrefer ou airgap (en mètre) Un nombre sans dimension N = 11 qui est le nombre de tours de fil conducteur (cuivre isolé monobrin ou multibrin). 19

20 Cycle d hystérésis 20

21 Application d une SMPS (flyback) montrant l équivalence rigoureuse de deux modèles de transformateur (hors zone de saturation) Modèle CHAN Modèle Standard 21

22 Exemple de modèle N 1 de transformateur (selfs explicites) avec secondaires multiples 22

23 Exemple de modèle N 3 de transformateur avec secondaires multiples 23

24 4/5 Application dans une SMPS 24

25 Le modèle N 3 de transformateur peut aisément être transformé en sous-circuit 25

26 Netlist correspondant au modèle CHAN 26

27 Génération automatique du symbole d appel du modèle CHAN de transformateur 27

28 Alimentation Flyback avec Snubber et modèle CHAN de transformateur saturable avec hystérésis 28

29 Utilisation du modèle CHAN de transformateur dans une alimentation Flyback 29

30 Dans une SMPS, si le dimensionnement du transformateur est mauvais la saturation du circuit magnétique peut devenir gênante 30

31 Calcul des coefficients permettant l utilisation du modèle N 1 et 2 à partir de mesures faite sur un transformateur réel 31

32 5/5 Aide à l ajustement d un snubber avec LTspiceIV (alimentation Flyback en régime établi) 32

33 Rôle du Snubber Un Snubber est un écrêteur pouvant être réalisé avec une diode rapide (Schottky), un condensateur et une résistance. Il protège le transistor hacheur des surtensions produites par la self de fuite du transformateur au moment du blocage de ce transistor. Il est utile dans pratiquement tous les types de SMPS Bien dimensionné il ne pénalise que très peu le rendement 33

34 Snubber DRC dans une alimentation de type Flyback 34

35 Action du Snubber 35

36 Importance du dimensionnement du Snubber Bien dimensionné il améliore la fiabilité de l ensemble (MTBF) en limitant la tension maximum aux bornes du hacheur. Inconvénient : il consomme de l énergie (légère baisse du rendement de l alimentation). 36

37 L inévitable présence de la self de fuite dans un transformateur 37

38 Exemple : l alimentation Flyback Dans le «control panel» de LTspiceIV à la rubrique «SPICE» mettre sstol=

39 Même montage flyback montrant le fonctionnement du Snubber, son rôle est identique à celui de l alimentation secondaire La constante de temps Lpf/R4 est fois plus faible que la constante de temps Ls/Rload 39

40 Détail du signal écrêté par le Snubber (simulation) 40

41 Résultats Tableau indiquant la tension aux bornes du Swicheur après application du Snubber, le rendement globale de l alimentation et la consommation du Snubber (essentiellement dissipé dans R4) 41