SE 016 Alimentations Decoupage

SE 016 Alimentations Decoupage

J AUVRAY Systèmes Electroniques LES ALIMENTATIONS A DÉCOU Pour augmenter le rendement d’un régulateur une idée qui peut vous venir à Vesprit est de remplacer le transistor ballast par un commutateur de résistance négligeable alimentant périodiquement un condensateur de façon à maintenir aux bornes de ce dernier une tension dans une marge étroite. Le schéma serait alors le suivant Charge d’un condensateur à travers un La batterie d’accumulateurs 12V charge via le commutateur commutateur K le co e or 23 Sni* to View Is aux bornes de ce der tension de Schmitt commande l’ouverture de K.

Le condensateur c écharge alors en fournissant à la charge un courant Is. Lorsque la tension tombe par exemple en dessous de 12V 4,9V le trigger bascule de nouveau et ferme K. Trigger de Schmitt C se charge de nouveau et le cycle recommence. Au premier abord il semble que ce système a un très bon rendement puisque le commutateur ayant une résistance négligeable la puissance qu’il dissipe est nulle. Malheureusement ce n’est pas le cas, il est (1 2-5). ls. Le système a le même rendement qu’un régulateur classique avec ballast .

De plus l’ondulation résiduelle qui est déterminée par l’écart des seuils du trigger est

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difficile à filtrer car a fréquence n’est pas définie; elle est dautant plus faible que le courant Is est petit et tend vers O pour ls=O. L’analyse de ce système conduit cependant à la solution. La résistance r du commutateur est nécessaire pour limiter le courant de charge, mais elle dissipe de l’énergie. Il faudrait la remplacer par une impédance capable de limiter le courant mais non disspative Cest exactement ce que peut faire une self .

Avec une self en série avec le commutateur le schéma est utilisable pour réaliser des Régulation par self et trigger alimentations de bonnes performances mais il reste le roblème de l’ondulation résiduelle qui ne peut être éliminée que par un flltrage actif. 4Vns pour fixer la fréquence de l’ondulation résiduelle +5 il suffit de faire travailler le commutateur K à une fréquence fixe, on parle de commutation forcée, la régulation du courant ne peut alors être obtenue qu’en modifiant le rapport cyclique. La majorité de alimentations à découpages partent de ce principe.

De nombreux schémas ont été proposés , ils mettent en œuvre ou non un transformateur. Comportement des selfs eurs en régime de PAGF 3 alimentations à découpage il faut étudier ‘abord le comportement des selfs et transformateurs lorsqu’ils sont associés à des interrupteurs. D’abord le cas d’une self alimentée ? Self et commutateur idéal partir d’une source continue E à travers un interrupteur K . Lorsque K se ferme , la tension E est appliquée à la self : D 2 dl – donc -l = t dt le courant augmente linéairement.

Si le noyau magnétique de la self se Saturation sature la self diminue lorsque le courant z augmente et ce dernier cr 3 plus tension aux bornes de cette dernière est presque constante 0,7V ; la décroissance est linéaire avec une pente -0,7/L En présence d’une diode Zener la tension est maintenue à -Vz-O,7 tant que le courant n’est pas nul, la pente est plus grande qu’avec la diode seule tension aux bornes de la self est constante et s’annule brusquement lorsque le courant s’annule (Courbe en bleu sur la figure ci contre ).

Le comportement d’un transformateur est plus complexe. Pour plus de simplicité nous nous placerons dans le cas d’un couplage magnétique parfait . On sait alors que vu de l’entrée le transformateur est équivalent à sa self primaire en parallèle avec la résistance ramenée. Lorsque l’interrupteur K se ferme le courant primaire possède donc deux omposantes ,une dans la self qui croit linéairement avec le temps (courant de magnétisation ) , l’autre dans la résistance ramenée qui est constante.

Tant que le courant de Comportement d’un transformateur idéal en commutation magnétisation du primaire augmente LI,n1 n2 LI RI la tension aux bornes de la résistance secondaire est la tension V1 V2 primaire multipliée par le rapport des nombres de spires et le courant secondaire V2/R constant 3 elle stocke une énergie Il magnétique E(n2/n1) Le courant primaire étant interdit par l’ouverture de K ce flux qui ne peut pas disparaitre en un temps nul ne peut être rée que par un courant secondaire circulant dans le sens convenable (flèches rouges sur la figure ) La valeur instantanée de ce courant est donc telle que l’énergie est conservée , soit : Courant total 12 LI,n1 n2 E2/R LI M2 1 max sous forme de flux PAGF s 3 de tension ,convertlsseur Buck ou hacheur série Le schéma de base est présenté ci contre. L’interrupteur K est bien sûr un MOS de Clrcuit Buck puissance de faible Ron. Il est commandé par un signal rectangulaire périodique de période T et LS rapport cyclique k ,fermé pendant kT ouvert pendant (1-k)T au cours de chaque pér10de. pour faire le calcul nous supposerons • IC ID 10 Que le courant dans L ne s’annule jamais. 20 Que le condensateur C de sortie est assez grand pour que l’équilibre étant atteint on puisse admettre que la tension de sortie à ses bornes K fermé K ouvert Nous négligerons aussi la tension de conduction de la diode ,il est facile d’en tenir compte, les formules sont un peu plus complexes.

KT A la fermeture de K la tension au point A est imposée par la source , VA=E et la self a une tension à ses bornes de (E-Vs). Le courant ui la traverse a pour expressio permanent le courant a retrouvé la valeur qu’il avait en début de période , soit : E — VS kT ?quation d’ou l’on tire la valeur d’équilibre de Vs VS = kE Résultat surprenant, la tension ne dépend que de E et du rapport cyclique indépendante du courant fourni à l’extérieur. Cependant nous avons supposé que le courant dans L ne s’annulait jamais Calculons la variation AI de ce courant. LAI De l’équation (1) nous tirons : Et de (2) E-VS LOI et est Forme du courant IL 7 3 inférieure à cette limite . Jne alimentation à découpage doit pour fonctionner délivrer un courant supérieur à une valeur minimale. Elle ne peut pas fonctionner à vide. Nous avons supposé que la tension de sortie était constante, ce ‘est bien sûr pas rigoureusement le cas . ll est possible maintenant d’évaluer son ondulation. En effet le courant de sortie étant quasiment constant , la grande variation de IL ne peut être absorbée que par le condensateur. Le courant circulant dans ce dernier est donc IL-ls . Cest un courant triangulaire d’amplitude crête à crête Al. La tension ? ses bornes Ondulation résiduelle Ic 23 vc=vs Idt est donc constituée d’arcs de parabole.

A l’instant 1 (figure ci joint) la tension V est minimale ,elle remonte ensuite et atteint un maximum lors ue la surface totale marquée en roupe m ps batterie 12V , avec es contraintes suivantes :fréquence de découpage 20kHz – ondulation résiduelle maximale 10mV — courant minimal IA. Le rapport cyclique est évidemment Sous SV la résistance maximale admissible est de 50 On peut en déduire la self , en effet R(E-VS) 73eH L = max d’après l’expression de Rmax Toutes les valeurs nécessaires au calcul de C sont réunies en effet E = 624 8 f 2 AVS v SCI – Les courbes suivantes ont été obtenues avec les valeurs calculées des éléments.

Le commutateur est un MOS de puissance dont Ir Ron est de 70mQ , attaqué par un créneau d’amplitude 20V et de rapport cyclique 5/12. n notera le régime transitoire de démarrage dont la durée est de l’ordre de grandeur d’une période d’oscillation du circuit L C soit dans le cas présent T = 2n 73pH 624 1,3mS d’une alimentation à découpage est stabilisée vis à vis des variations du courant débité ( faible impédance de sortie ) elle ne l’est pas vis à VIS de la tension de source. Si la tension de batterie varie de il en est de même de la tension de sortie. pour y remédier il faut asservir le rapport cyclique de façon à maintenir Vs constante. Un montage possible est représenté sur la figure suivante. Régulation d’un circuit Buck Vs 412 NST 6