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ALIMENTATION POUR SYSTÈMES Toulouse & Bordeaux Juin 2013 - JPaul NATALE - www.transfomaniac.com

ALIMENTATION POUR SYSTÈMES - · PDF fileClasse I : Classe II Classe III SÉCURITÉ : ISOLER OU NE PAS ISOLER ? Si c'est pour la réalisation de systèmes dits de "Basse tension" ,

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  • ALIMENTATION POUR SYSTMES

    Toulouse & Bordeaux Juin 2013 - JPaul NATALE - www.transfomaniac.com

  • Classe I : Classe II Classe III

    SCURIT : ISOLER OU NE PAS ISOLER ?

    Si c'est pour la ralisation de systmes dits de "Basse tension" , l'alimentation doit comporter une

    isolation de scurit en consquence.

    Si la scurit contre les chocs lectriques est assure par l'enveloppe , l'alimentation peut tre

    ralise directement depuis le secteur

  • FAIRE ET NE PAS FAIRE :

    Par exemple , une Led ou une batterie sont des "rcepteurs de courant" la tension leurs bornes

    est quasiment constante

    Il faut donc les alimenter en COURANT par un gnrateur de courant

    Dterminer si la charge est un "rcepteur de courant" , dans ce cas la tension ses bornes est

    quasiment constant , ou un gnrateur de tension

    Il faut donc les alimenter en COURANT par un gnrateur de courant

    Les erreurs habituelles :

    Normalement :

    Elle permet d'alimenter aisment des charges de type rsistive ou absorbant des courants

    variables.

    Habituellement une alimentation est un "gnrateur de tension" , dans ce cas la tension ses

    bornes est quasiment constante

    On peut les placer en srie sans aucun problme si elles sont de mme capacit en courant

  • IL NE FAUT PAS :

    Les alimenter directement avec une source de tension

    Les alimenter en parallle , sans un minimum de rsistance srie

    Mlanger les Leds ou des lments de batterie de puissance diffrente dans un montage srie

  • COMMENT ALIMENTER ?

    Avec un gnrateur ayant un bon rendement lectrique pour :

    Avec un gnrateur de courant ou de tension ralis soit d'une manire linaire , soit l'aide de

    convertisseurs "dcoupage"

    Avec un gnrateur ayant l'isolation ncessaire pour le respect des rgles de scurit

    Pour avoir une alimentation qui chauffe peu et donc qui restera donc fiable

    Ne pas crer d'chauffements supplmentaires pouvant rduire la dure de vie des composants

    qui seraient placs proximit de l'alimentation ( Leds , batteries , etc. .. )

  • Pour un systme non isol et aliment depuis le secteur :

    Mme si le systme n'est pas isol et aliment directement depuis le secteur , il faut protger les

    utilisateurs de tout choc lectrique !

    Attentions aux isolations et aux rgles de scurit applicables !!

  • Si le produit aliment est de faible puissance :

    Le condensateur srie : c'est un bon moyen de limiter le courant , mais ncessite de trouver une

    astuce pour limiter le courant lors de la mise sous tension

    L'inductance srie : c'est un second bon moyen de limiter le courant , mais le cot ne sera

    vraisemblablement pas au RDV.

    La rsistance : solution conomique mais vite limite pour causes de pertes ... ( il faut 5W de

    rsistance pour raliser une petite alimentation de 20mA sous 15V ...).

    Il existe quelques astuces simples pour "chuter" la tension du secteur mais malheureusement

    avec des contre-indications :

  • Pour un systme Isol et aliment depuis le secteur :

  • LE TRANSFORMATEUR BF ( 50/60Hz) :

    S'adapte facilement des tensions de toutes natures

    Conjugaison normative pour les rgles de CEM : TRS FACILE

    Cots d'tudes : Trs FAIBLES

    Faibles rendements dans le cas gnral

    Lourd , encombrant , et ncessite souvent une post rgulation en courant ou en tension

    Mise en place : SIMPLE

    Fiable et robuste et CONOMIQUE pour les faibles puissances.

    Conjugaison normative pour les rgles de scurit : TRS FACILE

    Mise au point : FACILE jusqu' une certaine puissance

  • Les POST RGULATIONS

    Rsistances : simple, conomique, mais avec ses limites, rendements dplorables (0,30 ~ 0,45)

    "A dcoupage" : Plus complexe pour la mise au point , moins conomique , peu de soucis de

    fiabilit , rendements avantageux , bons rendements ( 0,75 ~~ 0,985 )

    Pour une alimentation base de transformateur BF ou de tensions continues ( piles , batteries ,

    etc. .. )

    Linaire base de rgulateurs : Ais pour la mise au point , moins conomique , et management

    thermique au del de certains courants , rendements faibles ( 0,30 ~~ 0,75 )

  • Cots d'tudes : LEVS

    L'alimentation dcoupage DIRECTE :

    Petite et lgre , mais ONREUSE pour les faibles puissances

    Mise en place : SIMPLE

    Conjugaison normative pour les rgles de scurit : AISE

    Ne ncessite pas de "POST RGULATION " si elle possde sa propre limitation de courant

    Conjugaison normative pour les rgles de CEM : COMPLEXE

    Mise au point : de Aise pour des contraintes lgres jusqu' Complexe selon les performances

    recherches.

    Bons rendements ( 0,85 ) facilement accessibles , rendements exceptionnels ( 0,94 ) atteignables

  • Les TOPOLOGIES d'alimentations

  • Le FLYBACK :

    Schma SIMPLE , Solution la plus CONOMIQUE pour des petites puissances ( 5 - 50 W )

    Ne permet pas directement d'obtenir de bons rendements

    C'est une topologie "gnrateur de tension"

    ( donc MAL adapte l'alimentation des Leds et des Batteries )

  • Le FORWARD :

    Permet d'obtenir facilement des bons rendements

    C'est une topologie "gnrateur de courant"

    ( donc BIEN adapte l'alimentation des Leds et des Batteries )

    Schma SIMPLE , Solution la plus CONOMIQUE pour des moyennes puissances ( 75 - 2500W )

    Niveaux de fiabilits trs importants

  • Le PUSH-PULL

    Le PONT COMPLET

    Permet d'obtenir des rendements exceptionnels ( en montage rsonnant )

    Ce sont des topologies la base "gnrateur de tension" mais facilement adaptables en

    gnrateurs de courant

    Permet de monter en puissance

    Complexit de mise au point

    Permet de rduite le poids et taille des alimentations.

    Niveaux de fiabilits trs importants

  • Les TOPOLOGIES d'alimentations

    Les Structures complexes

    LE FLYBACK

  • Schma de base

    Rendement 78 - 85 % en 12 ou 24Vdc

  • Flyback Quasi-rsonnant

    Facile faire sauf si variation importante de puissance

    Rduction des pertes de commutations

    Rendement + 3 5 %

  • Flyback avec redressement synchrone

    Facile faire

    Rduction des pertes de conduction secondaire

    Rendement + 6 % en 12V et + 3 % en 24V ( + 12 % en 5V.. )

  • Rduction des pertes de commutations

    Rendement + 6 15 %

    Flyback quasi-rsonnant et avec redressement synchrone

    Rduction des pertes de conduction secondaire

  • Les TOPOLOGIES d'alimentations

    Les Structures complexes

    LE FLYBACK "PFC"

  • Permet d'absorber sinusodalement sur le secteur

    Complexit de mise en uvre

    Courant "non liss" dans la charge ... attention aux consquences.

    Rendement -1 - 3 % par rapport au FLYBACK .

    Solution conomique et compacte "tout en 1" pour absorber sinus.

  • Rduction des pertes de commutations

    Rendement + 3 5 %

  • Rduction des pertes de conduction secondaire

    Rendement + 6 % en 12V et + 3 % en 24V ( + 12 % en 5V.. )

  • Rduction des pertes de conduction secondaire

    Rduction des pertes de commutations

    Rendement + 6 15 %

  • Les TOPOLOGIES d'alimentations

    Les Structures complexes

    LE FORWARD

  • Schma de base

    Rendement 82 - 86 % en 12 ou 24Vdc

  • Rendement + 6 % en 12V et + 3 % en 24V ( + 12 % en 5V.. )

    Assez facile faire

    Rduction des pertes de conduction secondaire

  • Les TOPOLOGIES d'alimentations

    Les Structures complexes

    LE PUSHPULL & PONT

  • Schma de base

    Rendement 84 - 89 % en 12 ou 24Vdc

  • Rduction des pertes de conduction secondaire

    Rendement + 6 % en 12V et + 3 % en 24V ( + 12 % en 5V.. )

  • Optimisation du transformateur

    Rendement + 3 5 %

    Demi-pont rsonant LLC

    Rduction des pertes de commutations

  • Rduction des pertes de commutations et de conduction secondaire

    Rendements 94 98% en sa version "PONT COMPLET"

    Demi-pont rsonant LLC avec redressement synchrone

    Optimisation du transformateur , Rendements 92 95% mme en 12V de

    sortie

  • Les TOPOLOGIES d'alimentations

    Les Structures complexes

    Les Leds sont aussi des Redresseurs !!

  • Schma de base

  • Simplicit de schma !

    Version dont les leds sont directement les redresseurs.

    Attention aux tension inverses !!

    Aucune perte de redressement au secondaire

    Attention au rgimes transitoires ( et aux valeurs complexes lectriques ).

  • Fonctionne aussi avec un systme transformateur BF 50/60 Hz

    Mais attention:

    Aux harmoniques absorbes

    Aux valeurs de crte des courants dans les leds :

    Dgradation dans le temps & chauffements !!

    Ce systme fonctionne aussi en Flyback , Forward , ou Flyback PFC

    Pont , Demi-pont & Push-Pull

    NOTE : le systme "PFC" est aussi ralisable avec un Pont ou Demi-pont .

    Complexit thermique au niveau de la Led

    Derating important en valeur de crte VS valeur en continu de la spec

  • Aux rgles de CEM et implanter les filtrages CEM ncessaires une alimentation directe secteur

    Aux composants constituant utiliss ( bobinages et condensateurs ) qui sont des composants

    pouvant tre d'usure ( ce sont les pneus de l'lectronique )

    Matriser les sources d'approvisionnement de ces composants de manire ne pas avoir de

    surprises en cours de productions

    ATTENTION :

    Ne pas dpasser les spcifications techniques qui souvent sont complexes matriser si on n'est