Alimentations à découpage à isolement ... - Thierry LEQUEU · Thierry LEQUEU – Septembre 2013 – Fichier : IUT-MC-ET2-4TR.DOC – Page 65 Alimentation à découpage symétriques

MC-ET2 – IUT de Tours – Département GEII – 2ième année

Thierry LEQUEU – Septembre 2013 – Fichier : IUT-MC-ET2-4TR.DOC – Page 51

Alimentations à découpage à isolement galvanique

Plan de l'étude :

Alimentation à flux asymétrique :

1) alimentation de type FLYBACK ; 2) alimentation de type FORWARD ;

Alimentation à flux symétrique :

3) alimentation symétrique de type PUSH-PULL ; 4) alimentation symétrique montage en demi–pont ; 5) alimentation symétrique montage en pont ;

Bibliographie :

[LIVRE122] J.–P. FERRIEUX, F. FOREST, Alimentations à découpage - convertisseurs à résonance, 3e édition revue et augmentée, 1999.

[LIVRE025] R. BAUSIERE, F. LABRIQUE, G. SEGUIER, Volume 3. La conversion continu–continu, éditions TEC&DOC, 1997.

[LIVRE032] P.–T. KREIN, Element of power electronics, Oxford University Press, 1997.

[PAP146] [D3162][D3163], Alimentations à découpage - Convertisseurs continu-continu non isolés, FOCH H. et al, Techniques de l'Ingénieur, septembre 1990.

[PAP147] [D3164], Alimentations à découpage - Le transformateur dans les alimentations à découpage, FOCH H. et al, Techniques de l'Ingénieur, juin 1991.

[PAP110] [D3165], Alimentations à découpage - Convertisseurs continu–continu isolés, FOCH H. et al, Technique de l'Ingénieur, mars 1992.



Alimentations industrielles : Solutions technologiques



Alimentation à découpage de type FLYBACK

Schéma de principe : Formes d'ondes :

TTi

Tv

Ve

1i

1v 2vD

C R

vD

i2

n n1 2+Ve

T T t

tVs

v (t)1

n .i (t)1 1 n .i (t)2 2

Vsm

-

Phases de fonctionnement :

T

Ve

1ivD

i = 02

Vs

T

Ve

2LD

C R

vD

i2

Vs1L

1i = 0

12

2 LmL

Valeur moyenne de la tension de sortie :

1

VemVs

Ondulation de la tension de sortie : FC

IsVs

Ondulation du courant d'entrée : FL

VeI

1

1



Fonctionnement en conduction discontinue (FLYBACK)

Tension aux bornes du transistor et courant magnétisant

+Ve

t

0 T t'T

v (t)TVe+Vs

m

I1max

i (t)10

Tension aux bornes de l’enroulement « 1 » et courant magnétisant

t0 T

+Ve

- Vsm

v (t)1

I1max i (t)10



Caractéristique de sortie de l’alimentation FLYBACK

La tension normalisée vaut mVe

Vsy . Le courant de charge normalisé vaut Is

Ve

FLmIs

Vem

FLx

12 .

a) En régime continu,

1mVeVs , donc

1

y .

b) En régime discontinu, y vaut alors x

y

2

2

qui est une hyperbole paramétrée en .

c) La condition de passage d'un régime à l'autre est liée à la présence d'un courant moyen limite, noté Islimite égal

au courant moyen dans la diode. Avec

Vs

Vem1' , on a :

VsFL

Ve

m

I

m

II iteS

1

221max1

lim 2'

2'

2 de forme normalisée

212 y

yx itelim

Dans le plan courant/tension y(x), ceci se traduit par une courbe limite de forme hyperbolique. Cette courbe s'exprime aussi par :

1

2

1

itelim

itelim

y

x

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.250

1

2

3

4

5

6

alpha =0

alpha =0.5

alpha =0.66667

alpha =0.75

alpha =0.8

alpha =0.83333



Contraintes sur les interrupteurs de l’alimentation FLYBACK Le transistor T :

m

VsVeV

IeIsmI

FL

VeIsmII

T

moyAVT

TM

M

)(

1max1

!1

21

Transistor MOSFET : 2)(0 RMSDSDSon IRP .

Bipolaire : )(2

)(0 AVCCEsatRMSCD IVIRP

121

21

2

1IIsm

II effRMST avec moymed IIIsm

1011

Dans la cas ou l'ondulation est faible 1min1

1

I

I, max1moy10min1 III et 10moyRMST II .

Lorsque l'alimentation travail à I1min = 0, 3

3 max11

III RMST .

La diode D :

VsmVeVV

IsII

FmL

VeIsII

DRMD

AVFDmoy

FRMD

max inv

)(

1max 21

Les pertes statiques dans la diode valent :

)AV(FD)RMS(FD IVIRP 02

0

1

121

22

2

2IIs

III effDeffRMSF et m

II

Is moymed

1021

Si l'ondulation est faible 1max2

2

I

I, l'expression devient 1moy10

m

II RMSF .

Lorsque l'alimentation travail à I2min = 0 , IL = I2max et

3

1

m

3

1

m

max11

III RMSF .



Facteurs de dimensionnement de l’alimentation FLYBACK

Pour la diode D :

1

Ps

IVDFd

AVFRRM

Pour le transistor T :

IsFL

Vem

IsVs

IVTFd TMTM

221

1

Choix de – Contraintes sur le transistor

Si l’ondulation du courant magnétisant est faible :

1

1TFd

,

Dans cette configuration, la tension de sortie vaut mVemVeVs

1 .

La tension aux bornes du transistor est égale à 2Ve.

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10

2

4

6

8

10

12dI10 = 0 et dI10 = 2.9538 A / m = 0.073846.

alpha

Fa

cte

ur

de

dim

en

sio

nn

me

nt

Fd

du

tra

ns

isto

r



Alimentation FLYBACK en régime auto–oscillant

Schéma de principe et formes d'ondes :

Valeur moyenne de la tension de sortie : 2

1

t

tVemVs

Fréquence de commutation :

VemVs

ImL

VsF

1max11



Circuit de démagnétisation par pont

P.-T KREIN., Element of power electronics, page 34, figure 1.25:

Schéma de principe FLYBACK :

E

K1

K2 K3

K 4

Vslf



Alimentation à découpage de type FORWARD

Schéma de principe :

D

C

iS

R

T

vS

Ti

Tv

vD

iD

LiLv

L

Dtr

1v2v

i2

Dm

3v

n1 n2n3

vE

CE

iE

230V50Hz

5V10A

3 phases de fonctionnement :



Alimentation FORWARD – Formes d'ondes

Valeur moyenne de la tension de sortie : VemVs

Ondulation du courant de sortie : FL

Vem1IL

Ondulation de la tension de sortie : 2FLC8

Vem1Vs



Caractéristique de sortie de l’alimentation FORWARD La caractéristique de l’alimentation FORWARD est identique à celle du hacheur série, en remplaçant Ve par mVe.

La tension normalisée vaut mVe

Vsy . Le courant de charge normalisé vaut Is

mVe

LFx .

a) En régime continu, Vs = mVe, donc y = .

b) En régime discontinu y vaut alors

2

x21

1y

qui est une hyperbole paramétrée en .

c) La condition de passage d'un régime à l'autre est liée à la présence d'un courant moyen limite, noté Islimite égal à une demi ondulation du courant dans l'inductance IL/2. On a donc :

1LF2

mVe

2

IIs L

itelim de forme normalisée

2

y1yx itelim

Dans le plan courant/tension y(x), ceci se traduit par une courbe limite de forme parabolique correspondant à la forme de IL(). Cette courbe s'exprime aussi par :

itelim

itelim

y2

1x

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.250

0.2

0.4

0.6

0.8

1

alpha =0.5

alpha =0.4

alpha =0.3

alpha =0.2

alpha =0.1



Contraintes sur les composants Interrupteur :

FL

Ve

FL2

Vem1IsmI

1maxT

Ve'm

11V maxT

Diode Dtr :

Ve'm

mVRRM

IsII )AV(Fmoy

Diode Dm :

Ve'm1VRRM

'mFL

Ve

2

1I

1moy

(ok) (faible)

Diode D :

VemVRRM

Is1II )AV(Fmoy

Facteur de dimensionnement - Choix de m' Le facteur de dimensionnement de l'interrupteur vaut :

'm1

1

IsVem

IsmVe'm

11

P

IVFd maxKmaxK

Ce facteur est majoré d'un coefficient

'

11

m par rapport à celui du hacheur série. Ceci

est la conséquence de la démagnétisation qui impose une tension de blocage du transistor supérieure.

Pour le régime nominal de fonctionnement (rapport cyclique maximal) et pour exploiter au mieux l'alimentation et le circuit magnétique, on à intérêt à ce que la démagnétisation complète de l'inductance L1 correspond avec la période de découpage, soit :

'm1

11'mT1

L

E

n

nT

L

EI max

13

1

1max10

Le facteur de dimensionnement devient alors maxmax 1

1Fd

. Cette fonction passe

par un minimum pour max = 0,5.

On en déduit que pour minimiser le dimensionnement de l'interrupteur, il faut choisir cette valeur particulière du rapport cyclique et donc prendre m' = 1, soit n1 = n3. Dans cette configuration, la tension aux bornes des composants primaires sont égales à 2Ve.



Circuits de démagnétisation pour le montage FORWARD

Par diode zener :

Ve

Vs

Tp

Dm

Dz

Par réseau RCD :

Ve

Vs

Tp

Dm

R C

Par pont asymétrique :

Ve Vs

Tp 1

Tp2Dm1

Dm2



Alimentation à découpage symétriques montage "PUSH-PULL"

Schéma de principe :

Formes d'ondes en charge :

Fonctionnement à vide :



Alimentations à découpage symétriques

Schéma de principe du montage en demi-pont :

Montage en pont :

Formes d'onde en charge :

Documents

Alimentations à découpage à isolement ... - Thierry LEQUEU · Thierry LEQUEU – Septembre 2013 – Fichier : IUT-MC-ET2-4TR.DOC – Page 65 Alimentation à découpage symétriques