Circuits d alimentation http://en.wikipedia.org/wiki/switched-mode_power_supply http://ww.powersystemsdesign.com/design_tips_nov06.pdf
Différents types Conversion CC-CC : modifie et stabilise de tension ou courant Rectification CA-CC : produit une tension CC à partir d une source CA Inversion DC-AC : produit une tension AC à partir d une source CC Cyclo-conversion CA-CA : modifie une tension CA et/ou sa fréquence
Niveaux de puissance Niveaux de puissance rencontrés dans les alimentation à haut rendement : < 1 W dans les équipements portatifs à alimentation par batteries une dizaine de W à des dizaines de kw dans les alimentations d ordinateurs, dans les équipements de bureau, et dans les appareils électroménagers kw à MW dans les moteurs 1 GW et plus pour les rectificateurs et inverseurs utilisés dans les lignes de transmission électriques
Un régulateur est invariablement requis
L efficacité énergétique est essentielle Le taux de rendement mesure la performance du convertisseur Une valeur proche de 1 signifie un convertisseur avec peu de pertes Peu de pertes => peu de dissipation de chaleur => faibles dimensions physiques
Composants utilisés
Composants utilisés Les inducteurs et les transformateurs ne sont pas désirables dans les alimentation servant à des circuits de traitement du signal Générateurs d interférence électromagnétique
Composants utilisés Dans les alimentations de grande puissance, ce sont les dissipateurs de chaleur qu il faut éviter
Pertes de puissance dans un commutateur idéal Commutateur fermé : Commutateur ouvert : Dans les deux cas : Un commutateur idéal dissipe 0 W!
Exemple d un convertisseur CC-CC Tension d entrée : 100 v Charge : 50 V 10 A (500 W) Comment le réaliser?
Exemple d un convertisseur CC-CC Réalisation par dissipateur passif : diviseur de tension
Exemple d un convertisseur CC-CC Réalisation par dissipateur actif : transistor de puissance en montage série = 0.5 autant dans le dissipateur résistif que à transistor! (puisque le courant de sortie est égal à celui d entrée)
Exemples de mise en œuvre Régulateur de base à référence par diode zener Version à faible bruit
Exemples de mise en œuvre Circuit à meilleure régulation Alimentation avec régulateur commercial Peut-on améliorer en effectuant une conversion de puissance?
Utilisation d un commutateur PSCD D : cycle de travail du commutateur (duty cycle) 0 D 1 T s : période de commutation f s : fréquence de commutation (1/ T s ) Composante DC de v s (t) = valeur moyenne : PSCD : pôle simple, circuit double La tension de sortie moyenne est réglable entre 0 et v g : v s = Dv g
Ajout d un filtre à la sortie (pas de R!) Le filtre passe bas L-C élimine les composantes harmoniques dues à la commutation tout en conservant la valeur DC Choisir une fréquence de coupure f c << f s Montage appelé «buck converter» en anglais ; utilisé lorsque la tension d entrée est supérieure à la tension de sortie désirée La tension de sortie est v s = Dv g
Réalisation du commutateur PSCD 1 2 Réalisé à l`aide d un transistor CMOS et d une diode Schottky
Ajout d un contrôleur pour la régulation Le circuit de contre-réaction modifie D en fonction des valeurs mesurées de v s afin de le maintenir constant
Le convertisseur «boost» Permet d obtenir une tension de sortie supérieure à la tension d entrée. il Le courant moyen dans l inducteur durant une période T est nul : La variation de courant durant DT est la même que durant (1-D)T : 1 1 DTvg (1 D) T ( vg vs ) L L Par conséquent : vs 1 et on a v s v g v 1 D g
Le convertisseur «buck/boost» Permet d obtenir v s >, < ou = à v g, mais de polarité opposée De 1 L DTv 1 (1 D) L g Tv s on tire que v v o g D 1 D
Le convertisseur «SEPIC» Single ended primary inductor converter Permet d obtenir v s >, = ou < à v g, et de même polarité Utile dans les systèmes alimentés par batterie Variation du convertisseur «boost», lequel permet seulement d avoir v g < v s (puisque v s =v g +v l ) normalement v g v s Règle le problème posé par v g > v s en isolant les deux tensions avec un condensateur et en fermant le circuit de v g avec un deuxième inducteur durant le cycle de décharge. v g v s
Le convertisseur «SEPIC» Q 1 À l équilibre, Q 1 est ouvert, v L1 = v L2 = 0 et v c1 = v g Le courant moyen dans les deux inducteurs étant nul, sa variation durant DT et (1-D)T est identique. On a pour L 1 : 1 1 1 vg DT ( vs vd vc vg )(1 D) T ( vs vd )(1 D) T p L1 L1 L1 d où vs vd D vg 1 D On remplace souvent les deux inducteurs par un transformateur 1:1
L onduleur à simple phase Permet d obtenir un courant alternatif à partir d une source de courant continu Le pont en H («H-bridge») permet la modulation par largeur d impulsion (PWM) de V g en allant de la borne + à la borne, et vice-versa. Le circuit RLC filtre le signal modulé pour produire une composante sinusoïdale de 50 ou 60 Hz à ses bornes.
Circuit d alimentation d un ordinateur portable
Circuit d alimentation d un véhicule électrique
Circuit d alimentation d un satellite
Alimentations par glanage d énergie Utilisent des capteurs actifs associés à des convertisseurs DC DC Les puissances générées (uw mw) et les rendements des convertisseurs sont faibles en général Néanmoins, on peut charger des batteries ou des supercondensateurs pour fournir une puissance de courte durée entre les charges