AMNAON CQ OMMA ) Généraliés... 3 ) es alimenaions linéaires... 5.1) chéma foncionnel... 5.2) ude de F1 : ransformaion ou abaissemen... 5.3) ude de F2 : edressemen.... 8.3.1) edressemen : Mono alernance.... 8.3.2) edressemen double alernance : Pon de diodes ou GAZ :... 8.3.3) Monage à ransformaeur à poin milieu :... 9.3.3) Caracérisique d une diode... 10.3.4) ésumé des différens ypes de redressemens:... 11.4) ude de F3 : Filrage.... 12.4.1) Calcul du condensaeur de filrage... 13.5) ude de la foncion sabilisaion ou régulaion.... 14.5.1) Différence enre sabilisaion e régulaion.... 14.5.2) abilisaion par diode zener.... 15.5.2.1) Caracérisique... 15.5.2.2) Diode zener seule... 15.5.2.3) abilisaion par diode zener e ransisor ballas... 16.5.3) égulaion par circui inégré... 17.5.3.1) Principe... 17.5.3.2) ableau des principaux régulaeurs 78XX.... 18.5.3.3) Principaux Boîiers e brochages.... 19.5.3.4) Monages de base.... 20.5.3.5) Calcul des composans... 21.5.3.6) Proecion des régulaeurs... 21.5.3.7) égulaeurs ajusables : M117 ou M317... 21.6) Dissipaion hermique... 22.6.1) Modèle hermique sans dissipaeur :... 22.6.2) Calculs à effecuer pour savoir si l on doi implaner un dissipaeur : 23.6.3) Modèle hermique avec dissipaeur :... 24.6.4) Calcul d un dissipaeur:... 25.7) Proecion des alimenaions élecriques... 26.8) Dimensionner une alimenaion sabilisée ou régulée... 27 Philippe NN Granville 2003-2004 page 1
AMNAON CQ ) es alimenaions à découpage.... 28.1) Classificaion des alimenaions à découpage... 28.1) es alimenaions non isolées de la source.... 29.1.1) Converisseur abaisseur «BCK».... 29.1.1.1) Principe de foncionnemen :... 29.1.1.2) Calcul de la foncion de ransfer... 30.1.1.3) ude des signaux... 31.1.1.4) Choix des composans.... 32.1.1.5) Performances.... 34.1.2) Converisseur élévaeur «BOO»... 29.1.2.1) Principe de foncionnemen :... 35.1.2.2) Calcul de la foncion de ransfer... 36.1.2.3) ude des signaux... 37.1.2.4) Choix des composans.... 38.1.2.5) Performances.... 38.1.3) Converisseur inverseur «BCK-BOO».... 29.1.3.1) Principe de foncionnemen :... 39.1.3.2) Calcul de la foncion de ransfer... 39.1.3.3) ude des signaux... 41.1.3.4) Choix des composans.... 42.1.3.5) Performances.... 42 Philippe NN Granville 2003-2004 page 2
AMNAON CQ ) Généraliés. nrée (réseau DF 220V ~) Alimenaion orie ension ou couran a foncion des alimenaions es de fournir à un obje echnique l'énergie élecrique nécessaire à son foncionnemen. Dans la plupar des cas, la foncion alimenaion ransforme les caracérisiques de l'énergie livrée par le réseau DF pour les adaper aux condiions de l'alimenaion d'un obje echnique (le foncionnemen des circuis élecroniques d'un obje echnique nécessie en général une alimenaion sous rès Basse ension Coninue). l exise aussi des converisseurs de formes d ondes : e s ransformaeurs e e s s < e edresseurs Pon diviseur abilisaeur égulaeur nverseur de polarié Buck boos uréleveur de ension Boos e e s - k * e s k * e k > 1 Alimenaion à découpage ou à ransfer de charges Pour réaliser ces converisseurs on uilise deux ypes de srucures : - es alimenaions linéaires. - es alimenaions à découpage. Philippe NN Granville 2003-2004 page 3
AMNAON CQ ableau comparaif des deux srucures. es alimenaions linéaires ransformaeur edresseur Filrage abilisaion égulaion es alimenaions à découpage Découpage & edresseur Filrage ransformaeur e (DF) s e (DF) s - rès bonne sabilié. - Facile à mere au poin. - Bonne enue en empéraure. Avanages nconvéniens Avanages nconvéniens - ourdes (e poids) - rès bon - Généraeur e encombranes. rendemen. de brui - rès mauvais rendemenlume - Poids e vo- réduis. - nergie perdue rès - aille du imporane. ransformaeur faible. Domaines d uilisaion - Audio. - Alimenaion de laboraoire. - Mesure (harmoniques) CM. - Blindage souhaiable ou éloigné du monage. - Ondulaion résiduelle imporane. Domaines d uilisaion - Ordinaeur. - élévision. -. Philippe NN Granville 2003-2004 page 4
AMNAON CQ ) es alimenaions linéaires..1) chéma foncionnel. pri c sec ransformaeur edresseur Filrage abilisaion égulaion s M F1 F2 F3 F4 N : pri : ension seceur sinusoïdale alernaive 230 Veff, 50Hz O : s e s : ension e couran CONN. Foncions des srucures associées : ransformaeur edresseur Filre égulaeur Diminue l'ampliude de la ension seceur. Converi une ension alernaive en une ension unidirecionnelle.2) ude de F1 : ransformaion ou abaissemen. ocke abilise la ension e l'énergie de le couran de sorie façon à lisser de manière à les rendre CONAN la ension de sorie du redresseur. (coninus). e ransformaeur se caracérise par sa ension secondaire exprimée en vols efficaces (Veff) e sa puissance apparene exprimée en vols ampère (VA). a aille e le poids du ransformaeur dépenden de sa puissance. a puissance en régime sinusoïdal s exprime par : P V eff eff cos φ cos φ φ es le déphasage enre e : il dépend de la naure de la charge (,, C). es la puissance apparene en VA e ransformaeur assure une isolaion galvanique e il es de ype abaisseur de ension. appor de ransformaion : 2 1 m 1 2 n2 n1 n 1 e n 2 : nombres de spires au primaire e au secondaire. Philippe NN Granville 2003-2004 page 5
AMNAON CQ es différens modes de câblage du ransformaeur : nroulemen secondaire unique xemple : ransformaeur 12V, 6VA. 1 eff 2 eff... 0.5 A V 1 12V * 1.4142 17V 2 eff... Double enroulemens secondaire xemples de câblage pour un ransformaeur : 2x35V 75VA nroulemens en série : es 2 enroulemens secondaires son réunis en un poin milieu. 2 eff 2B eff 2 max 70V * 1.4142 99V 2A eff 2 A e 2B en opposiion de phase Philippe NN Granville 2003-2004 page 6
AMNAON CQ nroulemens en parallèle : 2A 2 eff 2.14A 2B 2 max 35V * 1.4142 50 V 2 A e 2B en phase Crières de choix echnologiques : On disingue les ransformaeurs à ôles e les ransformaeurs oriques qui on un rayonnemen moindre (Peres enrefer réduies de 90%). n ransformaeur d alimenaion se choisi en foncion de sa ou ses ensions secondaires en Veff e de sa puissance apparene en vol ampère (VA). Philippe NN Granville 2003-2004 page 7
AMNAON CQ.3) ude de F2 : edressemen. e rôle de F2 es de rendre unidirecionnelle l'énergie délivrée par le ransformaeur. Cee foncion es réalisée par des diodes à joncion..3.1) edressemen : Mono alernance. D1 D 1 D1 passane D1 bloquée D1 passane /2 0 3/2 ension maximum : ension moyenne : ension efficace : Fréquence de : V inv (D) MAX MAX MOY π MAx eff 2 f f r MAX seceur MAX Deuil.3.2) edressemen double alernance : Pon de diodes ou GAZ : D 4 D 1 D1 D1, D3 passanes D2, D4 bloquées D2, D4 passanes D1, D3 bloquées D1, D3 passanes D2, D4 bloquées D 3 D 2 /2 0 3/2 ension maximum : ension moyenne : ension efficace : Fréquence de : V inv (D) 2 * f MAX MOY eff r MAX 2 π 2 * f MAX MAx 2 seceur MAX Deuil Philippe NN Granville 2003-2004 page 8
AMNAON CQ.3.3) Monage à ransformaeur à poin milieu : V 1 V 2 D1 V 1 D 1 0 /2 3/2 V 2 D1 passane D2 bloquée D 1 /2 D2 passane D1 bloquée D1 passane D2 bloquée 0 3/2 ension Max ension fficace ension Moyenne Couran Max Couran Moyen dans D Couran Moyen dans V inv (D) MAX e MAX MAX eff 2 Moy 2 π MAX MAX MAX D Moy π MAX Moy 2 π 2 * MAX MAX D euil Philippe NN Granville 2003-2004 page 9
AMNAON CQ.3.3) Caracérisique d une diode. F (A) o : couran moyen direc f : couran coninu direc. FM FM FM : Couran direc de poine répéiif. f o FM : Couran de poine non répéiif. : nensié inverse. V M VF VF (A) VF : ension direce coninue, ension de seuil. V M : ension inverse de poine répéiive (A) Crières de choix echnologiques : Deux crières : a ension maximale aux bornes d une diode du redresseur doi êre inférieure à V M de la diode choisie. e couran maximum dans le redresseur doi êre inférieur au couran FM. Philippe NN Granville 2003-2004 page 10
AMNAON CQ.3.4) ésumé des différens ypes de redressemens: imple alernance Double alernance à pon de Graêz Double alernance avec ransfo. à poin milieu Double enroulemen e pon (Alim symérique) Philippe NN Granville 2003-2004 page 11
AMNAON CQ.4) ude de F3 : Filrage. e bu de F3 es de rendre l'allure de la ension mono ou double alernance issue du redressemen en une ension aussi coninue que possible. Cee foncion es maérialisée par un condensaeur, sa valeur es souven élevée : plusieurs µf. C () C max ΔC C min 0 ' 2*' Après filrage, la ension aux bornes du condensaeur varie enre une valeur maximale C MAX e une valeur minimale C MN. C MAX ension max de sorie du redresseur. C Min ension minimum nécessaire au foncionnemen de F4 (abilisaion ou régulaion). a valeur moyenne peu êre considérée comme égale à: C Moy C MAX + C 2 MN 'ondulaion auour de cee valeur moyenne es: Δ C C MAX C MN Philippe NN Granville 2003-2004 page 12
AMNAON CQ.4.1) Calcul du condensaeur de filrage : c es la période du signal non redressé. : c es la période du signal redressé - ' pour un redressemen double alernance. 2 C () Δ C max ΔC max C min ' 2*' - ' pour un redressemen mono alernance. C () Δ C max ΔC max C min 0 /2 Dans les deux cas le condensaeur se décharge pendan le emps plus la ension à ses bornes es égale à Δ C. Δ, de Comme Q * C * > Q * Δ C * Δ Donc C * Δ Δ C max Avec Δ 80 % de pour un redressemen mono alernance. Avec Δ 40 % de pour un redressemen double alernance. e couran maximum de l alimenaion. a condensaeur de filrage es un condensaeur chimique (valeur supérieure à plusieurs µf), sa ension de service es égale à 1.5 * C MAX Philippe NN Granville 2003-2004 page 13
AMNAON CQ.5) ude de la foncion sabilisaion ou régulaion. a foncion d une alimenaion es de fournir une ension sable quelque soi la valeur du couran de sorie ( min < s < max )..5.1) Différence enre sabilisaion e régulaion. 1) a sabilisaion fixe la ension de sorie à une valeur donnée mais elle ne sui pas ses évoluions. On uilise en général une srucure composée d une diode zener associée à un ransisor di «ballas». 2) a régulaion fixe la ension de sorie à une valeur donnée mais elle sui ses évoluions. n permanence la ension de sorie es comparée à une ension de référence, si la ension de sorie diminue alors le régulaeur modifie ses paramères pour palier à cee chue. Cee srucure es réalisée soi par un régulaeur ou un monage composé d un A associé à un ransisor ballas. M V a ension de sorie s es consane an que s < s max. s max Philippe NN Granville 2003-2004 page 14
AMNAON CQ.5.2) abilisaion par diode zener..5.2.1) Caracérisique. Cee diode foncionne comme une diode classique, avec comme seule différence sa ension inverse. n effe celle-ci es appelée la ension de zener Vz. (A) Vz z min VF V (V) z max.5.2.2) Diode zener seule. V e Dz z s V z V Choix des composans : V i min max V + z Z min Pour choisir une diode zener il fau calculer la puissance dissipée par celle-ci : P V V min Z Z V z la puissance dissipée par la résisance. P ( V V 2 max z) emarque : Dans le cas où is es pei, par exemple pour une source de ension de référence, le calcul de peu êre ramené à : V min V Z min z Philippe NN Granville 2003-2004 page 15
AMNAON CQ.5.2.3) abilisaion par diode zener e ransisor ballas. Dans ce monage la diode zener ser à sabiliser la ension de sorie, c es le ransisor appelé BAA qui délivre oue la puissance au monage. V V Z V B V e r c ransisor (BAA) Dz z b V z s V Choix des composans : V i i b max min b max is β V + min z Z min max + 1 a puissance dissipée par : P ( V V 2 max z ) a puissance dissipée par Dz : P V max Z VZ V z la puissance dissipée par le ransisor BAA : P V V ( max s) * s max i Philippe NN Granville 2003-2004 page 16
AMNAON CQ.5.3) égulaion par circui inégré. a foncion d'un régulaeur de ension es de converir une ension ayan une ceraine ondulaion en une ension pariculièremen sable. l doi mainenir ces condiions de sabilié dans une large gamme de variaions du couran de charge, e égalemen pour les flucuaions de la ension d'enrée..5.3.1) Principe. i la ension Vs diminue alors Vreour diminue donc ε augmene e Vs augmene. réciproquemen si la ension Vs augmene alors Vreour augmene donc ε diminue e Vs diminue. V e s V référence de ension V ref 1 V reour 2 0V l exise énormémen de circuis inégrés pour réguler des ensions posiives e négaives. es plus connus son cerainemen les régulaeurs 3 broches de la famille 78XX e 79XX. 78XX V M V V M 79XX V Philippe NN Granville 2003-2004 page 17
AMNAON CQ.5.3.2) ableau des principaux régulaeurs 78XX. Philippe NN Granville 2003-2004 page 18
AMNAON CQ.5.3.3) Principaux Boîiers e brochages. Philippe NN Granville 2003-2004 page 19
AMNAON CQ.5.3.4) Monages de base. Ce monage es for simple, les condensaeurs C1 e C2 son préconisés par les consruceurs. C1 es nécessaire si le régulaeur es placé à plus de 10 cm du condensaeur de filrage e C2 améliore le emps de réponse du régulaeur. Augmenaion de la ension de sorie. Vs Vsr + 3 x Vd Vsr ension du régulaeur Vs Vsr + Vz Vsr ension du régulaeur Modificaion de la ension de sorie. Vs Vsr + 1 * (i +i Q ) Vsr ension du régulaeur On choisi i >> i Q Dans ces condiions V Vsr *(1+ 1 2 ) Philippe NN Granville 2003-2004 page 20
AMNAON CQ.5.3.5) Calcul des composans. C1 e C2 son donnés par le consruceur du régulaeur. e choix de Ve se fai en foncion de Vs e de Vdrop, cee dernière es donnée par le consruceur, en général Vdrop minimum 3V. V Vs + Vdrop Vs 3V Vdrop V Vs min + a puissance dissipée par le régulaeur: min min P ( C moy Vs )* is max.5.3.6) Proecion des régulaeurs. D1: proège le régulaeur conre une sur ension en sorie, effe selfique. D2: proège le régulaeur conre les inversions de polarié..5.3.7) égulaeurs ajusables : M117 ou M317. 1 ADJ << 1 donc V VF *(1+ ) avec VF 1. 25V 2 Philippe NN Granville 2003-2004 page 21
.6) Dissipaion hermique. AMNAON CQ a dissipaion de puissance dans un MCONDC es limiée par la empéraure de la JONCON. n général Jmax en foncionnemen 150 C. Dans les alimenaions, on doi vérifier par le calcul si on doi implaner un dissipaeur sur un régulaeur ou sur un ransisor ballas. l fau considérer le composan seul sans radiaeur, e lui associer un modèle hermique..6.1) Modèle hermique sans dissipaeur : Boîier Joncion H J-A Air ambian Modèle hermique sans radiaeur : a résisance hermique H J-A d un composan élecrique es équivalene à une résisance élecrique classique, sauf que son unié s exprime en C/W. a puissance dissipée P D par un composan es équivalen à un couran élecrique, sauf que l unié s exprime en wa. J H J-A A a différence de empéraures j - a es équivalene à une différence de poeniels. P D e consruceur donne souven pour un composan les valeurs suivanes : J : empéraure de joncion à ne pas dépasser, en général 150 C. A : empéraure ambiane de foncionnemen, en général 25 C on peu garder une marge de sécurié en prenan 20 C de plus. H J-A : ésisance hermique Joncion Ambian à ne pas dépasser, donnée par le consruceur. Philippe NN Granville 2003-2004 page 22
AMNAON CQ.6.2) Calculs à effecuer pour savoir si l on doi implaner un dissipaeur : 1) l fau calculer la puissance que le composan doi dissiper P D : 1.1) i le composan es un ransisor ballas. P V * i D C C 1.2) i le composan es un régulaeur de ension ype 78XX. P D ( C moy s)* is max 2) Calculer la empéraure de joncion J du composan. du composan P *( H donnée par le consruceur ) + J D J A A i j du composan > j max alors il fau un dissipaeur. Philippe NN Granville 2003-2004 page 23
AMNAON CQ.6.3) Modèle hermique avec dissipaeur : H J-B H B- H -A H J-A J B A H J-B H B- H -A P D oi d ohm hermique : J A P D *( H J B + HB + H A ) H J-B ou H j-c : ésisance hermique Joncion Boîier. H B- ou H c-d : ésisance hermique Boîier adiaeur. C es la résisance de conac enre le composan e le radiaeur, elle peu-êre améliorée par l emploi de graisse hermique. H -A ou H d-a : ésisance hermique adiaeur Ambian, c es la résisance du radiaeur. lle dépend des dimensions du radiaeur. Philippe NN Granville 2003-2004 page 24
AMNAON CQ.6.4) Calcul d un dissipaeur: jmax : empéraure max de joncion, donnée par le consruceur. A : empéraure max ambiane, en général 25 C, on peu prendre une marge de sécurié de 20 C. P D : Puissance à dissiper par le composan : ( V max V )* is Pour un ransisor ballas : D s max P P ( )* is Pour un régulaeur : D C moy s max calculée P *( H donnée par le consruceur ) + J D J A A i j calculée > j max alors il fau un dissipaeur. Calcul de la résisance hermique à ne pas dépasser. H max ( H J max A A J B + PD H B ) Philippe NN Granville 2003-2004 page 25
AMNAON CQ.7) Proecion des alimenaions élecriques. a proecion des alimenaions élecriques es souven réalisée au primaire du ransformaeur. On uilise un fusible pour les proéger conre les sur inensiés e une varisance conre les sur ensions. fusible ransformaeur DF 220V Choix des composans varisance 1) a varisance. a valeur es foncion de la ension du seceur. 2) e fusible. e ype fusible doi êre emporisé ou encore rès emporisé pour qu il puisse supporer la poine d inensié due à la mise sous ension de l alimenaion (Condensaeurs déchargés). a valeur nominale n es égale : n 2 * 2 1 1 Philippe NN Granville 2003-2004 page 26
AMNAON CQ.8) Dimensionner une alimenaion sabilisée ou régulée. emarque: Pour dimensionner ou calculer les élémens consiuans une alimenaion, la méhode la plus souven uilisée es d'effecuer le choix des composans en commençan par la sorie pour remoner vers l'enrée. pri c sec ransformaeur edresseur Filrage abilisaion égulaion s M F1 F2 F3 F4 Hypohèses : On donne en générale la puissance de sorie P s ainsi que s e s DÉB Choix du régulaeur ou du sabilisaeur Choisir les élémens associés au sabilisaeur ou au régulaeur (F4). - ype de régulaeur. - ype de sabilisaeur (ransisor BAA). Déerminer la ension minimum c min à l'enrée de F4. c mins+vdrop (Vdrop ension nécessaire au bon foncionnemen du régulaeur). Calcul du condensaeur de filrage Calculer Cmin en enan compe de ΔC. Cmin ( Δ / ΔC ) * s C nominal 1,5 * Cmin nominale 1,5 * c min. Choix des diodes. F, VF inverse max < VM Calcul e choix du ransformaeur. c max c min + Δc sec max c max - chue chue VF ou 2.VF (Pon de diodes). sec efficace sec max / 2 sec max (s *π) / 2 sec efficace sec max / 2 d'où la puissance (V.A) sec efficace * sec efficace. Calcul du fusible de proecion (au primaire). prim sec * ( sec / prim) e fusible doi êre du ype ou, c'es à dire emporisé. Calcul de l'énergie perdue e /ou calcul du dissipaeur c moy c min + (ΔC/2) P dis (c moy - s) * s pour un régulaeur. P dis VC * c pour un ransisor BAA. j calculée P dis * (H ja donnée par le consruceur) + a si j calculée > j max il fau un dissipaeur la résisance hermique du dissipaeur H ra < (jmax - a)/pdis - (H jb + h br). FN Philippe NN Granville 2003-2004 page 27
AMNAON CQ ) es alimenaions à découpage..1) Classificaion des alimenaions à découpage. Non isolées de la source Converisseur abaisseur «BCK» solées de la source Converisseur flyback e r D s e s Horloge D C Vs α Ve avec α < 1 Horloge C Converisseur élévaeur «BOO» e Horloge D 1 V s Ve avec Vs > V 1-α C e s Converisseur inverseur «BCK BOO» Ce converisseur es rès uilisé dans les alimenaions. l perme de s affranchir de ransformaeurs volumineux. a ension aux bornes d un enroulemen es foncion de la fréquence (s 4.44 * B*N**f ). Pour une même valeur de ension si f augmene alors N diminue e par conséquen le volume du ransformaeur. Pour une alimenaion classique : f50hz Pour une alimenaion à découpage : f > 20 Khz. chéma ypique d une alimenaion. r D s e Horloge D s e 230V~ C Horloge C C α Vs - Ve avec Vs < 0 1-α emarque : On redresse direcemen le seceur, par conséquen le pon diodes e le condensaeur de filrage devron êre correcemen dimensionnés pour supporer le seceur. Philippe NN Granville 2003-2004 page 28
AMNAON CQ.1) es alimenaions non isolées de la source (avec une bobine). lles permeen d abaisser, élever e inverser une ension coninue avec de rès faibles peres. Par conséquen ils on un rès bon rendemen, peu d énergie à dissiper par le ransisor..1.1) Converisseur abaisseur «BCK». Vs α Ve avec α < 1.1.1.1) Principe de foncionnemen : e ransisor es commandé par une horloge H. Pendan le emps hau de l horloge (PHA N 1 de 0 à α ), le ransisor es commandé e la bobine emmagasine de l énergie, puis pendan le emps bas de l horloge (PHA N 2 de α à ), le ransisor es bloqué e la bobine resiue l énergie emmagasinée. H() ΤΗ ΤΒ 0 α e rappor cyclique H α α Philippe NN Granville 2003-2004 page 29
AMNAON CQ emarques imporanes : Pour comprendre le foncionnemen des converisseurs à découpage, deux condiions son fondamenales : 1) a valeur moyenne de la ension aux bornes d une bobine es nulle. 2) a ension de sorie es coninue. Phase N 1 (0 à α ) Phase N 2 (α à ) xplicaions : e ransisor es passan e la diode D es bloquée. chéma équivalen : xplicaions : e ransisor es bloqué e c es la bobine qui fourni l énergie au monage, la diode D es passane. chéma équivalen : e + C - C s C + - C s avec >.1.1.2) Calcul de la foncion de ransfer : f ( ) () V -V -V A 1 0 α A 2 A A 1 2 ( ) α ( α ) a valeur moyenne de la ension aux bornes d une bobine es oujours nulle : 1 < > 0 ( α 1 ( ) d α ) α [ A + A ] 1 2 0 (1 α) 0 + α 0 α Philippe NN Granville 2003-2004 page 30
AMNAON CQ.1.1.3) ude des signaux Phase N 1 (0 à α ) Phase N 2 (α à ) 1) : Couran dans la bobine : e couran dans la bobine augmene. 1) : Couran dans la bobine : e couran dans la bobine diminue. di d ( ) + min 2) D : Couran dans la diode a diode es bloquée : D ( ) 0 3) : Couran dans le ransisor e ransisor es passan : ( ) ( ) di d ( ) + 2) D : Couran dans la diode max a diode es passane : D ( ) ( ) 3) : Couran dans le ransisor e ransisor es bloqué ( ) 0 Chronogrammes H() ΤΗ ΤΒ 0 α () V -V A 1 0 α A 2 -V () MAX MN 0 α () MAX MN D () 0 α MAX MN 0 α Philippe NN Granville 2003-2004 page 31
AMNAON CQ.1.1.4) Choix des composans..1.1.4.1) Choix de la bobine. Calcul : e calcul de la valeur de la self passe par l ondulaion crêe à crêe du couran de celle-ci, soi Δ. Δ M m V V s α Δ (1 α) V F s oi (1 α) V Δ F s Δ Ondulaion crêe à crêe du couran dans la bobine. F : Fréquence de ravail du converisseur. Crières echnologiques : es selfs uilisées dans les alimenaions à découpage doiven en aure supporer les haues fréquences (jusqu à 100KHz). l fau oujours choisir les modèles préconisés par les consruceurs. Philippe NN Granville 2003-2004 page 32
.1.1.4.2) Choix du condensaeur. AMNAON CQ Calcul : Depuis le débu de ce exposé, j ai considéré que la ension V éai coninue, mais en réalié une peie variaion v () subsise. < > () MAX MN C - C () MAX MN V () 0 α ΔQ 0 α Aires égales <V ()> Δ V 0 α 1 V ( ) ic ( ) d C ΔQ 1 Δ Δ ΔV e ΔQ donc ΔV C 2 2 2 8CF e Δ (1 α) Vs (1 α) V donc ΔV F 8C F s 2 oi C ( 1 α) Vs 8 F ΔV 2 ΔV Ondulaion crêe à crêe de la ension de sorie. Crières echnologiques : es condensaeurs uilisés dans les alimenaions à découpage doiven avoir une faible résisance série ( ffecive erie esisor). n effe l ondulaion de la ension de sorie es proporionnelle aux variaions de couran du condensaeur. Philippe NN Granville 2003-2004 page 33
AMNAON CQ.1.1.4.3) Choix de la diode e du ransisor. e principal crière de choix de la diode doi êre la rapidié, en effe les converisseurs à découpage foncionnen à des fréquences de l ordre de la dizaine de kiloherz. On choisi par conséquen des diodes rapides comme les diodes schoky. Pour le ransisor, il doi posséder une faible résisance e commuer rapidemen, on uilise souven des ransisors MO..1.1.5) Performances. endemen : i on considère des composans parfais (V A 0V e V seuil 0V) le rendemen es de 100%, c'es-à-dire que l on ne perd pas d énergie!! n réalié la diode a une ension de seuil V D e le ransisor une ension V A à ses bornes quand il condui. On peu dans ces condiions calculer le rendemen : η V ( V Vsa + V V ( V + V ) Avec cee équaion on obien des rendemens de l ordre de 80% à 90%, à comparer aux rendemens des alimenaions classiques de l ordre de 50%. Courbe de ransfer. D D ) V V 1 α Ondulaions de sories. Ondulaion du couran dans l inducance : Δ ( 1 α)α V F (1 α) α V Ondulaion de la ension de sorie ( 0Ω): ΔV 2 8 C F Philippe NN Granville 2003-2004 page 34
AMNAON CQ.1.2) Converisseur élévaeur «BOO». e D D e Horloge D C + - C s 1 V s Ve avec Vs > V 1-α.1.2.1) Principe de foncionnemen : e ransisor es commandé par une horloge H. Pendan le emps hau de l horloge (PHA N 1 de 0 à α ), le ransisor es commandé e la bobine emmagasine de l énergie e le condensaeur C resiue son énergie à la charge. Pendan le emps bas de l horloge (PHA N 2 de α à ), le ransisor es bloqué e la bobine resiue l énergie emmagasinée, la diode es passane donc s es supérieure à e. Phase N 1 (0 à α ) Phase N 2 (α à ) xplicaions : e ransisor es passan e la diode D es bloquée. e condensaeur resiue son énergie. e xplicaions : e ransisor es bloqué e c es la bobine qui fourni l énergie au monage, la diode D es passane. chéma équivalen : chéma équivalen : Dpassane e + C - C s e + C - C s avec > e d d comme le couran diminue alors < 0 en conséquence > Philippe NN Granville 2003-2004 page 35
AMNAON CQ.1.2.2) Calcul de la foncion de ransfer : f ( ) () V A 1 0 α A 2 A A 1 2 ( α ) ( α ) V -V a valeur moyenne de la ension aux bornes d une bobine es oujours nulle : 1 < > α 0 α + ( + 1 ( ) d [ A + A ] 1 α 0 )(1 α) 0 2 + α 0 (1 α) Courbe de ransfer. V V 1 1 α es ensions élevées avec un rappor cyclique proche de 1 son difficiles à aeindre à cause des imperfecions des composans. Philippe NN Granville 2003-2004 page 36
AMNAON CQ.1.2.3) ude des signaux Phase N 1 (0 à α ) Phase N 2 (α à ) 1) : Couran dans la bobine : e couran dans la bobine augmene. 1) : Couran dans la bobine : e couran dans la bobine diminue. di d ( ) + 2) D : Couran dans la diode min a diode es bloquée : D ( ) 0 3) : Couran dans le ransisor e ransisor es passan : ( ) ( ) di d ( ) + max 3) D : Couran dans la diode a diode es passane : D ( ) ( ) 3) : Couran dans le ransisor e ransisor es bloqué ( ) 0 Chronogrammes H() ΤΗ ΤΒ 0 α () V A 1 0 α A 2 V -V () MAX MN 0 α () MAX MN D () 0 α MAX MN 0 α Philippe NN Granville 2003-2004 page 37
AMNAON CQ.1.2.4) Choix des composans..1.2.4.1) a bobine. (1 α) α Vs Δ F F : Fréquence de ravail du converisseur, Δ Ondulaion crêe à crêe du couran dans la bobine. Crières echnologiques : es selfs uilisées dans les alimenaions à découpage doiven en aure supporer les haues fréquences (jusqu à 100KHz). l fau oujours choisir les modèles préconisés par les consruceurs..1.2.4.2) e condensaeur. C α F ΔV ΔV Ondulaion crêe à crêe de la ension de sorie. Crières echnologiques : es condensaeurs uilisés dans les alimenaions à découpage doiven avoir une faible résisance série ( ffecive erie esisor)..1.2.4.3) Choix de la diode e du ransisor. e principal crière de choix de la diode doi êre la rapidié, en effe les converisseurs à découpage foncionnen à des fréquences de l ordre de la dizaine de kiloherz. On choisi par conséquen des diodes rapides comme les diodes schoky. Pour le ransisor, il doi posséder une faible résisance e commuer rapidemen, on uilise souven des ransisors MO..1.2.5) Performances. endemen : i on considère des composans parfais (V A 0V e V seuil 0V) le rendemen es de 100%, c'es-à-dire que l on ne perd pas d énergie!! n réalié la diode a une ension de seuil V D e le ransisor une ension V A à ses bornes quand il condui. On peu dans ces condiions calculer le rendemen : η V ( V Vsa ) V ( V + V V Avec cee équaion on obien des rendemens de l ordre de 80% à 90%, à comparer aux rendemens des alimenaions classiques de l ordre de 50%. D sa ) Ondulaions de sories. Ondulaion du couran dans l inducance : Δ α V F Ondulaion de la ension de sorie ( 0Ω): ΔV α C F Philippe NN Granville 2003-2004 page 38
AMNAON CQ.1.3) Converisseur inverseur «BCK - BOO». α Vs - Ve avec Vs < 0 1-α.1.3.1) Principe de foncionnemen : e ransisor es commandé par une horloge H. Pendan le emps hau de l horloge (PHA N 1 de 0 à α ), le ransisor es commandé, la bobine emmagasine de l énergie e le condensaeur C resiue son énergie à la charge. Pendan le emps bas de l horloge (PHA N 2 de α à ), le ransisor es bloqué e la bobine resiue l énergie emmagasinée, la diode es passane, le couran diminue donc change de signe e devien négaive e par conséquence. Phase N 1 (0 à α ) Phase N 2 (α à ) xplicaions : e ransisor es passan e la diode D es bloquée. e condensaeur resiue son énergie. xplicaions : e ransisor es bloqué e c es la bobine qui fourni l énergie au monage, la diode D es passane. chéma équivalen : chéma équivalen : e D Dpassane e C V - C + e D C - + C V avec < e d d comme le couran diminue alors < 0 en conséquence >.1.3.2) Calcul de la foncion de ransfer : f ( ) Philippe NN Granville 2003-2004 page 39
AMNAON CQ () V V A 1 0 α 1 A 2 A2 ( α ) A α a valeur moyenne de la ension aux bornes d une bobine es oujours nulle : 1 < > 0 α 1 ( ) d α + + [ A + A ] 1 (1 α) 0 α 2 0 0 α (1 α) Courbe de ransfer. 0 1 α V V es ensions élevées avec un rappor cyclique proche de 1 son difficiles à aeindre à cause des imperfecions des composans. Philippe NN Granville 2003-2004 page 40
AMNAON CQ.1.3.3) ude des signaux Phase N 1 (0 à α ) Phase N 2 (α à ) 1) : Couran dans la bobine : e couran dans la bobine augmene. 1) : Couran dans la bobine : e couran dans la bobine diminue. di d ( ) + 2) D : Couran dans la diode min a diode es bloquée : D ( ) 0 3) : Couran dans le ransisor e ransisor es passan : ( ) ( ) di d ( ) + max 4) D : Couran dans la diode a diode es passane : D ( ) ( ) 3) : Couran dans le ransisor e ransisor es bloqué ( ) 0 Chronogrammes H() ΤΗ ΤΒ 0 α () V A 1 0 α A 2 V () MAX MN 0 α () MAX MN D () 0 α MAX MN 0 α Philippe NN Granville 2003-2004 page 41
AMNAON CQ.1.3.4) Choix des composans..1.3.4.1) a bobine. (1 α) V Δ F F : Fréquence de ravail du converisseur. Δ Ondulaion crêe à crêe du couran dans la bobine. Crières echnologiques : es selfs uilisées dans les alimenaions à découpage doiven en aure supporer les haues fréquences (jusqu à 100KHz). l fau oujours choisir les modèles préconisés par les consruceurs..1.3.4.2) e condensaeur. C α F ΔV ΔV Ondulaion crêe à crêe de la ension de sorie. Crières echnologiques : es condensaeurs uilisés dans les alimenaions à découpage doiven avoir une faible résisance série ( ffecive erie esisor). n effe l ondulaion de la ension de sorie es proporionnelle aux variaions de couran du condensaeur..1.3.4.3) Choix de la diode e du ransisor. e principal crière de choix de la diode doi êre la rapidié, en effe les converisseurs à découpage foncionnen à des fréquences de l ordre de la dizaine de kiloherz. On choisi par conséquen des diodes rapides comme les diodes schoky. Pour le ransisor, il doi posséder une faible résisance e commuer rapidemen, on uilise souven des ransisors MO..1.3.5) Performances. endemen : i on considère des composans parfais (V A 0V e V seuil 0V) le rendemen es de 100%, c'es-à-dire que l on ne perd pas d énergie!! n réalié la diode a une ension de seuil V D e le ransisor une ension V A à ses bornes quand il condui. On peu dans ces condiions calculer le rendemen : η V V ( V ( V Avec cee équaion on obien des rendemens de l ordre de 80% à 90%, à comparer aux rendemens des alimenaions classiques de l ordre de 50%. V + V sa D ) ) Ondulaions de sories. Ondulaion du couran dans l inducance : Ondulaion de la ension de sorie ( 0Ω): Δ ΔV α V F α C F Philippe NN Granville 2003-2004 page 42
AMNAON CQ V) Bibliographie. - Alimenaions à découpage Michel GAD DNOD. - Alimenaions linéaires Michel GAD DNOD. - es alimenaions élecroniques Pierre Mayé -DNOD Philippe NN Granville 2003-2004 page 43