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T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 1
Alimentations ÉlectroniquesThierry LEQUEU - IUT GEII de Tours
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 2
Plan de l’étude des alimentations
1. Alimentations faible puissance non isolées2. Alimentations à isolation BF3. Régulation linéaire4. Régulation à découpage5. Alimentations à découpage6. Comparaison découpage / linéaire7. Bibliographie
2
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 3
Principes de conversion DC
DC
Secteur
(230V 50Hz)
AC
Redresseur+ filtrage
Tension
continue
AC
DC
Secteur
(230V 50Hz)
DC
DC
non isolé
AC
AC
Transformateur"BF"
Redresseur+ filtrage
Tension
nonrégulée
Tension
régulée
ACDC
Secteur
(230V 50Hz)
DC
DC
ACAC
Transformateur"HF"
Redresseur+ filtrage "BF"
Tension
régulée
Onduleur"HF"
AC
AC
Redresseur+ filtrage "HF"
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 4
Plan de l’étude des alimentations
1. Alimentations faible puissance non isolées2. Alimentations à isolation BF3. Régulation linéaire4. Régulation à découpage5. Alimentations à découpage6. Comparaison découpage / linéaire7. Bibliographie
3
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 5
1) Alimentations directes sur le secteur faible puissance non isolées
V = 230 V / 50 HzH. SCHREIBER, page 55.
V = 230V / 50 HzU = 12V DCP. MAYE, page 426.
Isurge2V
1R =
axIm2V
1C =
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 6
1) Applications des alimentation directes
Circuit de commande
(uP)Alim.
v
+5V
TRIAC
Charge
• Électroménager : réfrigérateur, lave vaisselle, four,…
• Électroportatif : perceuse, aspirateur,…
Secteur 230 V 50 Hzou 120 V / 60 Hz
Pilotage de TRIACen T.O.R (relais)ou gradateur
4
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 7
Plan de l’étude des alimentations1. Alimentations faible puissance non isolées
2. Alimentations à isolation BFØ Le transformateur BFØ Le redressement et filtrage capacitifØ La norme C.E.M. EN61000-3-2
3. Régulation linéaire4. Régulation à découpage5. Alimentations à découpage6. Comparaison découpage / linéaire7. Bibliographie
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 8
2) Alimentations à isolation BF
R. BAUSIERE, F. LABRIQUE, G. SEGUIER, Vol. 3, DC-DC, page ???
5
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 9
2.1) Le transformateur 50 HzCircuit magnétique avec enroulements couplés : le transformateur
i
φ
n
flux
n
i
uu
Récepteur Générateur
1
1
1 2
2
2
Primaire Secondaire
( ) ferspire
2211
spire222
spire111
StB
0inindt
dneu
dt
dneu
⋅=φ
≈⋅−⋅+
φ⋅+=−=
φ⋅+=−=
Attention aux conventions !
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 10
2.1) Le transformateur 50 HzSchéma équivalent complet
==
φ⋅+=
φ⋅+=
1
2
1
2
spire22
spire11
nn
'u'u
m
dt
dn'u
dt
dn'u ( )
⋅−⋅+=⋅
⋅=⋅
⋅µ⋅µ=
⋅=φ
∑∫2211ferfer
ferr0
ferspire
ininLH
IndLH
HB
StB
⋅µ⋅µ=ℜ
φ⋅ℜ=⋅
⋅−⋅+=⋅
ferr0
fer
101
2211101
SL
in
ininin
ri
u
1 11
1
l
10
2
F 1
im.i
R L
m nn=
u'1 u' = m.u'2
r i
u
22 2
2
l
1
6
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 11
2.1) Le transformateur 50 HzSchéma équivalent simplifié à flux forcé
⋅µ⋅µ=ℜ
φ⋅ℜ=⋅
⋅−⋅+=⋅
ferr0
fer
101
2211101
SL
in
ininin
i
u
1
1
10
2
F 1
im.i
R L
m
u' = m.u'2
r i
u
2eq2eq 2
2
l
1
⋅+=
⋅+=
12
2eq2
12
2eq2
rmrr
lmll
==
φ⋅+=
φ⋅+=
1
2
1
2
spire22
spire11
nn
'u'u
m
dt
dn'u
dt
dn'u
2eq22
eq22 irdt
dilU ⋅+⋅=δ
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 12
2.2) Le redressement double-alternance
R
Lv
Lvr
iR
r
v
i
vred
C R
Lv
L
iC
vr
iR
r
v
i
ired
vred
L
π=
2V2V eff
red
7
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 13
2.2) Le filtrage capacitif
C R
Lv
L
iC
vr
iR
r
v
i
ired
vred
=
=
==
=
A5I
V24V
ms 20F1
T
Hz 50F
R
eff
TV
CI
dtdv
Ci redC
∆∆
=⇒
⋅=
=≈∆≈
−=
⋅−=
⋅===
ms 102T
T et V 1 à 6,0V
2dV
VV
V22VV
V%5dV
IIsI
D
CmaxCCmoy
DeffmaxC
maxC
R
CdV2TIs
VTI
C⋅
⋅≈
∆∆⋅
=
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 14
2.3) Contraintes sur le redresseur
P. MAYE, page 66-69.
Redressement à point milieu – Cas particulier d’une faible ondulation
v
VREDn1
e1
e2
n2
n2
V 1 à 6,0VV , E
VUcosArc D0
M
00 ≈=
+=α
( ) ( ) ( )( )α⋅α−αρ⋅π
== cossinE
II M0DAVF
DrrRs avec ++=ρ
( )( ) ( ) ( )( ) ( )α⋅α−α
α⋅α+α⋅α⋅−α⋅
π=
cossincos2sincos3
2II
2
0DRMSF
8
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 15
2.3) Contraintes sur le redresseurValeur maximale du courant dans une diode : ( )( )α−⋅
ρ== cos1
EII M
crête DFRM
ρ−
== 0MmaxDFSM
V2'EIICourant dans une diode au démarrage :
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 16
2.3) Note sur le calcul du condensateur
En tenant compte de l’angle de conduction :
πα
−∆⋅
=21
UFI
Cmax0
max0min
Note sur la tension du réseau :La norme EN 50 160 précise :
Veff = 230 V à ± 10% soit Veffmin = 207 V et Veffmax = 253 V
Avec des creux de tension de –15% : Veffmin = 195 V
Cas d’une alimentation 240V : Veffmin = 216 V et Veffmax = 264 V
max0
max0min UF2
IVTI
C∆⋅⋅
≈∆∆⋅
=Approximation linéaire :
9
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 17
2.3) Cas du transformateur à un secondaire avec un pont de Graetz (ondulation faible)
P. MAYE, page 66-69.
Courant dans le secondaire du transformateur :
( ) ( ) ( )( ) ( )α⋅α−α
α⋅α+α⋅α⋅−α⋅
π=
cossincos2sincos3
4II
2
02
( )sérieen diodes 2 'E
V2UcosArc avec
M
00
+=α
CF4I
V2'V2U
V2'VU 00M0M0 ⋅⋅
−⋅−=∆
−⋅−=
Valeur moyenne de la tension :
Remarques :ØTension à vide du transformateur : +20% !ØTension du réseau EDF ±10% avec des creux à –15% !ØTenir une coupure de 4 périodes du réseau !
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 18
2.3) Exemple de simulateur : SIMCAD
SIMCAD Psim 5.0 version demo
10
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 19
2.4) La norme EN 61000-3-2
oui
non
Triphasé équilibré ?
Ieff ≤ 16 A
Outil portatif ?
Classe D
Équipement d’éclairage?
(*) Équipement
moteur ?
Onde spéciale et P ≤ 600 W
non
non
non
nonoui
oui
oui
oui Classe B
Classe C
Classe A(*) Commandé par angle de phase
00
0.35
1
2.t
ii
Enveloppe du courant d’entrée permettant de définir la « forme
d’onde spéciale » et de classer un appareil dans la classe D
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 20
2.4) Limites EN 61000-3-2
11
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 21
2.5) Exemple du redresseur capacitif
eff1
2n
2neff
I
ITDH
∑∞
==
effeff IVP
FP⋅
=
J.-P. FERRIEUX, F. FOREST, 3ième édition, page 82-84.
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 22
2.6) Convertisseurs à absorption sinusoïdalePrincipe : Solutions :
400 VDC
Formes d’ondes simplifiées
12
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 23
2.6) Exemple de l’alimentation FLYBACKPrincipe : Formes d’ondes simplifiées
( )
1
2
21L
M
nn
m
imii0et t
sinVve
=
⋅+=π≤θ≤⋅ω=θ
θ⋅=
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 24
Plan de l’étude des alimentations1. Alimentations faible puissance non isolées2. Alimentations à isolation BF
3. Régulation linéaireØ Régulation par zenerØ Transistor ballastØ Régulateurs intégrés
4. Régulation à découpage5. Alimentations à découpage6. Comparaison découpage / linéaire7. Bibliographie
13
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 25
3) Régulation linéaire
AC
DC
Secteur
(230V 50Hz)
DC
DC
non isolé
AC
AC
Transformateur"BF"
Redresseur+ filtrage
Tension
nonrégulée
Tension
régulée
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 26
3.1) Régulation par diode ZENER
Conditions de
fonctionnement
( )
−=
≤⋅=−
−≤
+−
=<
>
RVVe
P
PIVPIIs
VVeR
RRVVe
Iis
VVe
2Zmax
R
ZMmaxZZZ
minZmax
Zmin
Z
ZmaxmaxZ
Z
Ve zener
R
Vs
RTH
ETH Ve
R
Vs
ZR
ZV
is
iz
ie
Exemple :[ ]
( )
mW 400W 26,0470
122212P
W41
W 21,0470
1222P
470R ; 500210
1218R
mA 10Is
mA 2Iet V12VVsV 20 ; V18Ve
Z
2
R
ZminZ
⇒=−
=
⇒=−
=
Ω=Ω=+−
≤
≤===
∈
(0,15€)
14
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 27
3.2) Utilisation d’un transistor ballast
Ve
R
Vs
is
iz
ie T
ZV
VBEiib
Choix des composants :
( )
( )
( )( )
≤−=
≤⋅−=
−=
≤−
⋅=
+β=
+−
≤
−=+>
0CEBRmaxmaxCE
TMmaxmaxT
2Zmax
R
ZMZmax
ZZ
min
maxmaxB
maxBminZ
Zmin
BEZ
minCE
VVsVeV
PIsVsVePR
VVeP
PR
VVeVP
1Is
I avec II
VVeR
VVVsVsVVe
Attention : la puissance à dissiper par le transistor peut être grande
⇒ rendement faible ≤ 50 à 60%
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 28
3.2) Régulateur intégré fixe
Précautions :
ØCapacités de stabilisation
ØTension min = Vs +2V
ØTension max = 35 ou 40V
ØPuissance max (dissipateur)
Intégration de la zener + transistor ballast + protections
Avantages :
ØProtection en court-circuit
ØProtection thermique
ØSimplicité de mise en oeuvre
ØPrix < 1,00 € TTC
Ø+ dissipateur ≈ 2,50 € TTC
15
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 29
3.3) Régulateur intégré ajustable
==
µ=
=
⋅+
+=
A 5,1IsV 40Ve
typique A 50I
typiqueV 25,1V
RIRR
1VVs
max
max
ADJ
REF
2ADJ1
2REF
• C2 : filtrage du pont diviseur
• D1 : protection contre les court-circuits en entrée
• D2 : décharge de C2 en cas de court-circuit en sortie
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 30
3.3) Exemple de composants
16
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 31
3.4) Calcul d’un dissipateur
Ambiant (ambient) Ta
Ambiant (ambient) Ta
Radiateur (heat sink) Ts
Isolateur (isolation pad)
boitier (case) Tc
puce (chip) TjRjc
Rcs
Rsa
Rja
Puissance
Tj
Tc
Ts
Ta
P
Rth-cs en °C/W
DirectAvec
graisseAvec
isolantIsolant et graisse
TO-3 0,6 0,1 1 0,5TO-126 1 0,5 6 3TO-220 1,4 0,3 2,2 0,8
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 32
3.5) Alimentations +5V et ±15VVAC = 2 x 18 V +10% / -15%
Is(±15V) = ± 0,5 A
Is(+5V) = 1 A
η = 45%
Pertes = 23 W
Volume ≈ 0,5 l
Ps = 20 W
17
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 33
Plan de l’étude des alimentations1. Alimentations faible puissance non isolées2. Alimentations à isolation BF3. Régulation linéaire
4. Régulation à découpageØ Hacheur abaisseur de type BUCKØ Hacheur élévateur de type BOOSTØ Hacheur inverseur de type BUCK-BOOSTØ Hacheur à stockage capacitif de CUK
5. Alimentations à découpage6. Comparaison découpage / linéaire7. Bibliographie
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 34
4) Régulation à découpageSOURCES DE TENSION
SOURCES DE COURANT
Hacheur àaccumulation
inductive
Hacheur àaccumulation
capacitive
Hacheurparallèle
Hacheursérie
18
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 35
4) Régulation à découpage - PrincipeConversion DC-DC sans isolation
Interrupteur en Tout Ou Rien : peu de pertes
« haute fréquence » : filtre L-C de faible valeur
Découpage « haute fréquence » + filtrage
SourceV Charge
t0
Umoy
+VTon
Toff
Tension continue
U 1 Hacheurabaisseur
Tension continueU2 < U 1
Hacheurélévateur
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 36
4.1) Hacheur de type BUCKiT
iD
vL iL
C
iC
vT
K 1K2Ve vs
is
V
K 1
K2Ve
is
V R
L
L'inductance se décharge sous -Vs (-Vs < 0).L'inductance se charge sous Ve – Vs (Ve > Vs).
Pour t ∈ [αT ; T], T est ouvert Pour t ∈ [0 ; αT], le transistor T est fermé
vsve
vL iL
L
T
vs
vL iL
L
D
( ) ( )0tL
VsVeIti minLL −
−+= ( ) ( )Tt
LVs
Iti maxLL α−−=
19
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 37
4.1) BUCK – Grandeurs électriques+Vev(t)
t
t
t0 αΤ T
+Ve
ILmax
ILmin
Is
iD
iL
iT
vT
t
ILmax
ILmin
IsiL
v L
0 TαΤ
-Vs
Ve-Vs
Tension et courant de l’inductance :
Relation fondamentale de l'EDP :
La valeur moyenne de la tension aux bornes de l'inductance est nulle en
régime permanent.
( )[ ]
( ) ( ) ( )[ ] ( )α−−α+α=α−×−+α×−=⋅= ∫ 1VsVsVeTTVsTVsVeT1
dttvT1
vT
LL
VeVs α=Donc en régime permanent :
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 38
4.1) BUCK – Ondulations
( )α−α⋅=α⋅−
=−=∆ 1LFVe
TL
VsVeIII minLmaxLL
Ondulation du courant dans l’inductance :
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10
0 .05
0.1
0 .15
0.2
0 .25
0.3
21
=α
Ondulation de la tension de sortie :
Pour , on a LF4Ve
I maxL =∆
t0 TαΤ
+∆ IL2
−∆ IL2
δ i (t)L
t 1 t2
v (t)SδAire A
∆Vs
α
∆Ι
( ) ( ) ( ) ( )tiItistiti LLmoyCL ∂+=+=
( ) ( )∫∫ ⋅∂⋅=⋅∂
=∆2
1
2
1
t
tL
t
t
C dttiC1
dtdt
tvVs
( )CF8I
21
2T1
2I
21
2T
2I
C1Vs LLL ∆
=
⋅α−⋅∆
+⋅α⋅∆
=∆
( )α−α⋅=∆ 1LCF8
VeVs
2 2maxLCF32
VeVs =∆
20
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 39
4.1) BUCK – InterrupteursLe transistor :
La diode :
+Vev T
t0 αΤ T
i T
ILmin
ILmax
t0 αΤ T
iD
-Ve
vD
ILmax
ILmin
( )
( )
( ) ( )
VeVV
112I
IsII
Is1IILF2
Ve1Is
2I
iII
DRMmax inv D
2L2
RMSFDeff
)AV(FDmoy
LLFRMmaxD
+==
α−⋅
∆+==
⋅α−==
⋅α−⋅α+=
∆+==
( )
( )
( )
VeVV
12I
IsII
!IeIsIILF2
Ve1IsIII
TMmaxT
2L2
RMSTTeff
moyAVTTmoy
maxLTMmaxT
+==
α⋅
∆+==
=⋅α==
⋅α−⋅α+===
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 40
4.1) BUCK – Interrupteurs – ExemplesLes pertes statiques dans un transistor MOSFET valent :
Les pertes statiques dans un transistor bipolaire valent :
2)RMS(DSDSon0 IRP ⋅=
)AV(CCEsat2
)RMS(CD0 IVIRP ⋅+⋅=
Les pertes statiques dans la diode valent :
)AV(F0D2
)RMS(FD0 IVIRP ⋅+⋅=
iD
vD
Anode
Cathode
iD
rD
E0
Grille
Drain
Source
VDS
VGS
VDS
D
S
RDSON
vCE
Emetteur
Collecteur
Grille
vGE
i C
V0
iC
vCER
D
Les pertes dynamiques valent : ( )OFFOND ttIsVeF21
P ∆+∆⋅⋅⋅=
rrer QVFP ⋅⋅=
Pertes par recouvrement :
21
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 41
4.1) Facteur de dimensionnement
Pour le transistor :
Pour la diode :
PsIV
Fd maxTmaxT ⋅=
Ps
IVFd )AV(FRRM ⋅
=
Rapport entre
la puissance apparentecommutée par l'interrupteur
et la puissance transmise à la charge.
α≈
⋅∆
+α
=⋅
=1
Is2I1
PsIV
Fd LmaxTmaxT
Pour le hacheur BUCK :
( )α
α−=
⋅=
1Ps
IVFd AVFRRM
0.1 0 . 2 0.3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 0.7 0 . 8 0.90
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
alpha
Transistor et diode
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 42
4.1) BUCK – Conduction discontinue
Limite ILmin = 0 :ILmax
0 αΤ T t
i (t)L
Is
tILmax
+Vev(t)
0 αΤ T
+Vs
tα'T
i (t)L
[ ]T ; 0t α∈ ( ) tL
VsVeti L ⋅
−=
[ ]T' ; Tt αα∈ ( ) ( ) maxLL ITtLVs
ti +α−⋅−=
TL
VsVeT'
LVs
I maxL α⋅−
=α⋅='Ve
Vs et
α+αα
=
( ) ( )VsVeVeVs
LF2'
2I
Is I2
maxLL −
α=α+α==><
Ve
IsLF21
1VeVs
2 ⋅α
⋅+
⋅=
22
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 43
0 0.05 0 .1 0.15 0.2 0.250
0.2
0.4
0.6
0.8
1 alpha =1
alpha =0.75
alpha =0.5
alpha =0.25
4.1) BUCK – Vs = f(Is)
α=y
2x2
1
1y
α
⋅+
=
VeVs
y =
IsVe
FLx ⋅
⋅=
( )
α=
α−α=
limite
limite
y2
1x
y
x
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 44
4.1) Filtrage du courant d’entrée
Ceve
ie(t) i (t)T
ic(t)
HacheurBUCK
[ ] ( ) ( ) ( )
[ ] ( ) ( )
α−α
+==α∈
−α−
−=+=α∈
TtCe
IsVct ve,0i ; TTt
0tCe1Is
Vct ve,Iei ; T0t
minT
maxT
t0
iT
Is
Vcmin
Vcmax
Ic+
Ic- t
T
s
( ) ( )α−α⋅
=αα−=−=∆ 1FCe
IsT1
CeIs
VcVcVc minmax
FCe4Is
Vc max ⋅⋅=∆
21
pour =α
Remarque : La valeur moyenne du courant dans le condensateur est nulle en régime permanent.
23
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 45
4.1) Filtrage du courant d’entréeSchéma équivalent d’un condensateur :
( )
ω+×=
2RC
11CCs
( )2RC
RRsESR et
ω+=
RpRfRpRf
R avec+⋅
=
LsC
RfRp
Rs LsCs ESR
( ) C2
2
C
CC
CC
IESRFCs2
1V alors
FCs21
ESR si
IESRV alors FCs2
1ESR si
FCs2I
V alors FCs2
1ESR si
∆⋅+
⋅π≈∆
⋅π≈
∆⋅≈∆⋅π
>>
⋅π∆
≈∆⋅π
<<
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 46
4.1) Exemple d’une alimentation +5VLe LM2574M-5.0 de National Semiconductor
D’après une idée de C. TAVERNIER dans la revue, Electronique Pratique N° 269
Remplacez vos régulateurs 3 pattes, octobre 2002, pp. 34-36.
F = 52 kHzIs = 0,5 AVe = 7 à 40 Vη = 77%≈ 0,75 W de perteshttp://www.national.com/
24
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 47
4.2) Hacheur de type BOOST
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 48
4.2) Hacheur de type BOOST
L'inductance se décharge sous Ve-Vs (Vs > Ve).L'inductance se charge sous +Ve > 0.
Pour t ∈ [αT ; T], T est ouvert Pour t ∈ [0 ; αT], le transistor T est fermé
( ) ( )0tL
VeIti minLL −+= ( ) ( )Tt
LVeVs
Iti maxLL α−−
−=
iT
iDvL
iL
C
iC
vT
K1
K2Ve vs
is
vs
K 1
K2ve
ie
R
LvD
ve
vL iL
L
T vsve
vL iL
LD
25
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 49
4.2) BOOST – Grandeurs électriquesTension et courant de l’inductance :
Relation fondamentale de l'EDP :
La valeur moyenne de la tension aux bornes de l'inductance est nulle en
régime permanent.
( )[ ]
( ) ( ) ( )[ ] ( )α−−+=α−×−+α×=⋅= ∫ 1VsVeTTVsVeTVeT1
dttvT1
vT
LL
α−=
11
VeVsDonc en régime permanent :
tILmax
ILmin
Isi L
+Vs
t0 T
iT
ti (t)D
v (t)T
t
ILmax
ILmin
IsiL
0 TαΤ
Ve-Vs
+Ve vL
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 50
0 0 .1 0 .2 0 .3 0 .4 0.5 0 .6 0 .7 0 .8 0.9 10
0 .1
0 .2
0 .3
0 .4
0 .5
0 .6
0 .7
0 .8
0 .9
1
4.2) BOOST – Ondulations
α⋅=α⋅=−=∆LFVe
TLVe
III minLmaxLL
Ondulation du courant dans l’inductance :
1=α
Ondulation de la tension de sortie :
Pour , on a
LFVe
I maxL =∆
α
∆Ι
CFIs
Vs max =∆
( ) ( ) ( ) ( )tiItistiti DDmoyCD ∂+=+=
t
-Is
0 TαΤ
+VsiC
VCmax
∆ IL
vs
VCmin
( ) ( ) ( ) tCIs
VdtIsC1
dttiC1
tv maxCCC −=⋅−=⋅= ∫∫
α=α=−=∆CFIsT
CIsVVVs minCmaxC
26
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 51
4.2) BOOST – InterrupteursLe transistor :
La diode :
( ) ( )
VsVV
112I
1IsII
IsIILF2Ve
1Is
2I
Ie
2IiII
DRMmax inv D
2L
2
RMSFDeff
)AV(FDmoy
L
LLFRMmaxD
+==
α−⋅
∆+
α−==
==
α+
α−=
∆+=
∆+==
( )
( )
VsVV
12I
1Is
II
Is1
IeII
LF2Ve
1IsIII
TMmaxT
2L
2
RMSTTeff
moyAVTTmoy
maxLTMmaxT
+==
α⋅
∆+
α−==
α−α
=⋅α==
⋅α+α−
===
t0 αΤ T
iD
-Vs
vD
ILmax
ILmin
+Vsv T
t0 αΤ T
iT
ILmin
ILmax
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 52
4.2) Facteur de dimensionnement
Pour le transistor :
Pour la diode :
PsIV
Fd maxTmaxT ⋅=
Ps
IVFd )AV(FRRM ⋅
=
Rapport entre
la puissance apparentecommutée par l'interrupteur
et la puissance transmise à la charge.
+∞ →α−
≈⋅
∆+
α−= →α 1L
11
Is2I
11
Fd
Pour le hacheur BOOST :
( ) diode lapour 1Ps
IVFd AVFRRM =
⋅=
0 .1 0 . 2 0 .3 0.4 0 .5 0.6 0 .7 0.8 0 .90
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1 0
alpha
Transistor et diode
27
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 53
4.2) BOOST – Conduction discontinue[ ]T ; 0t α∈ ( ) t
LVe
tiL ⋅=
[ ]T' ; Tt αα∈ ( ) ( ) maxLL ITtL
VeVsti +α−⋅
−−=
TL
VsVeT'
LVs
I maxL α⋅−
=α⋅=
VeVsVe
LF2Ve
'2
IIs I 2maxL
D −α=α==><
IsLF2Ve
VeVs22
⋅⋅α
+=
t
ILmax
Is i L
0 T
Ve-Vs
+Ve vL
+Ve
v (t)+Vs
tILmax
0 T t'T
i (t)L
T
VeVsVe
' et−
⋅α=α
VeVsVe
LF2Is soit
22
−⋅α=
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 54
0 0.05 0 . 1 0.15 0.2 0.250
1
2
3
4
5
6
7
alpha =0
alpha =0.5
alpha =0.66667
alpha =0.75
alpha =0.8
alpha =0.83333
4.2) BOOST – Vs = f(Is)
α−=
11
y
x21y
2
⋅α
+=
mVeVs
y =
IsVe
FLx ⋅
⋅=
( )2limite
limitelimite
y2
1yx
⋅
−=
y
x
28
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 55
4.2) Adaptateur +12V vers +19VLe LM2577T-adj
D’après une idée de Y. EL HASSANI, T. VARACHAUD, projet IUT GEII Tours, 2003/2004 Alimentation pour ordinateur portable 19V-3,5A à partir d'une batterie de 12V
F = 52 kHzIs = 3,5 AVs = 19VVe = 7 à 13 VIe = 12 à 7 A
http://www.national.com/
2x
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 56
4.3) Hacheur de type BUCK-BOOST
29
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 57
4.3) Hacheur de type BUCK-BOOST
L'inductance se décharge sous -Vs (Vs > 0).L'inductance se charge sous +Ve > 0.
Pour t ∈ [αT ; T], T est ouvert Pour t ∈ [0 ; αT], le transistor T est fermé
( ) ( )0tL
VeIti minLL −+= ( ) ( )Tt
LVs
Iti maxLL α−−=
iTiD
vLC
i C
vT
K1
K2
Ve vs
is
vs
K1
ve RL
vD
K2
i L
ve vL
iL
LT
vsvL
iL
LD
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 58
4.3) BUCK-BOOST – Grandeurs électriquesTension et courant de l’inductance :
Relation fondamentale de l'EDP :
La valeur moyenne de la tension aux bornes de l'inductance est nulle en
régime permanent.
( )[ ]
( ) ( ) ( )[ ] ( )α−−α⋅+=α−×−+α×+=⋅= ∫ 1VsVeTTVsTVeT1
dttvT1
vT
LL
α−α
=1
VeVsDonc en régime permanent :
tILmax
ILmin
I
Ve+Vs
t0 T
iT
t
i (t)D
v (t)T
-v (t)D Ve+Vs
LmoyiL
Is
t
ILmax
ILmin
i L
0 T
-Vs
+Ve vL
ILmoy
30
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 59
0 0 .1 0 .2 0 .3 0 .4 0.5 0 .6 0 .7 0 .8 0.9 10
0 .1
0 .2
0 .3
0 .4
0 .5
0 .6
0 .7
0 .8
0 .9
1
4.3) BUCK-BOOST – Ondulations
α⋅=α⋅=−=∆LFVe
TLVe
III minLmaxLL
Ondulation du courant dans l’inductance :
1=α
Ondulation de la tension de sortie :
Pour , on a
LFVe
I maxL =∆
α
∆Ι
CFIs
Vs max =∆
( ) ( ) ( ) ( )tiItistiti DDmoyCD ∂+=+=
t
-Is
0 TαΤ
+VsiC
VCmax
∆ IL
vs
VCmin
( ) ( ) ( ) tCIs
VdtIsC1
dttiC1
tv maxCCC −=⋅−=⋅= ∫∫
α=α=−=∆CFIsT
CIsVVVs minCmaxC
Rq. : idem hacheur BOOST.
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 60
4.2) BUCK-BOOST – InterrupteursLe transistor :
La diode :
( ) ( )
VsVV
112I
1IsII
IsIILF2Ve
1Is
2I
I
2IiII
DRMmax inv D
2L
2
RMSFDeff
)AV(FDmoy
LL
LLFRMmaxD
+==
α−⋅
∆+
α−==
==
α+
α−=
∆+=
∆+==
( )
( )
VsVV
12I
1Is
II
Is1
IeII
LF2Ve
1IsIII
TMmaxT
2L
2
RMSTTeff
moyAVTTmoy
maxLTMmaxT
+==
α⋅
∆+
α−==
α−α
=⋅α==
⋅α+α−
===
t0 T
iD
-Ve-Vs
vD
ILmax
ILmin
ILmoy Is
Ve+Vsv T
t0 T
iT
ILmin
ILmaxILmoy Ie
31
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 61
4.3) Facteur de dimensionnement
Pour le transistor :
Pour la diode :
PsIV
Fd maxTmaxT ⋅=
Ps
IVFd )AV(FRRM ⋅
=
Rapport entre
la puissance apparentecommutée par l'interrupteur
et la puissance transmise à la charge.
( ) ( )α−α≈
⋅∆
+α−α
=11
Is2I
11
Fd L
Pour le hacheur BUCK-BOOST :
( )α
=⋅
=1
Ps
IVFd AVFRRM
0.1 0 .2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.90
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
alpha
Transistor et diode
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 62
4.3) BUCK-BOOST – Conduction discontinue
[ ]T ; 0t α∈ ( ) tLVe
tiL ⋅=
[ ]T' ; Tt αα∈ ( ) ( ) maxLL ITtLVs
ti +α−⋅−=
TL
VeT'
LVs
I maxL α⋅=α⋅=
VsVe
LF2Ve
'2
IIs I 2maxL
D α=α==><
IsLF2Ve
Vs22
⋅⋅α
=
VsVe
' et ⋅α=α
VsVe
LF2Is soit
22⋅
α=
+Ve
v (t)Ve+Vs
tILmax
0 T t'T
i (t)L
T
t
ILmax
Isi L
v L
0 T
-Vs
+Ve
32
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 63
4.3) BUCK-BOOST – Vs = f(Is)
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
α−α
=1
y
x2y
2
⋅α
=
VeVs
y =
IsVe
FLx ⋅
⋅=
( )2limite
limitelimite
y12
yx
+⋅=
y
x
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 64
4.3) +15V/-15V à partir du +5VLe MAX743 de MAXIM
F = 200 kHzIs = ± 100 mAη = 82 %
http://www.maxim.com/
33
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 65
4.4) Hacheur de type CUK
C R
A
B
C
D
D
iL1
TFVe
L1
L1v
TiTv
iC
iD
vD
iS
vL2vC
vS
C L2iL2
Ie Is
V
T D
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 66
4.4) CUK – Grandeurs électriques
vc(t) ic(t)
t t
t t
vL1(t) iL1(t)
vL2(t) iL2(t)
vT(t) iT(T)
+IL1
-IL2
+VC
-VS
-VS
+VC
+Ve
+IL1
TT
TT
+Ve
T T
+IL2
TT
IL1+IL2
( )
⋅α>==<
⋅α−>==<
CD
CT
VvVs
V1vVe
Ve1
Vs ⋅α−
α=
En régime permanent :
34
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 67
4.4) Exemple de hacheur CUK 500WVe = 20 V à 45 V
Vs = 0V à 100 V
Is = 0 A à 5 A
η> 85%
Elektor, janvier 2005, revue N° 319, pp. 27-32 Convertisseur Cuk - Pour 100 V et 5 A.
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 68
4.5) Bilan des hacheurs non isolés
J.–P. FERRIEUX, F. FOREST, Alimentations à découpage - Convertisseurs à résonance, Dunod, 3e édition revue et augmentée, 1999.
35
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 69
Plan de l’étude des alimentations1. Alimentations faible puissance non isolées2. Alimentations à isolation BF3. Régulation linéaire4. Régulation à découpage
5. Alimentations à découpageØ Asymétrique FLYBACKØ Asymétrique FORWARDØ Symétrique PUSH-PULLØ Symétrique en DEMI-PONTØ Symétrique en PONT
6. Comparaison découpage / linéaire7. Bibliographie
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 70
5) Alimentations à découpage
Flux symétrique
Flux asymétrique
A résonance
36
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 71
5.1) Alimentation FLYBACK
T
Ce1v 2v
F,
DC R vS
v(t)
Réseauélectrique
EDF230V-50Hz
Redresseur+filtrage
50Hz
Onduleur25 kHz
Transfo.d'isolation
25 kHz
Régulation(isolée)
Redresseur+filtrage25 kHz
VDC
AC50 Hz
DC325V
AC25kHz
AC25kHz
DC+5V
1 2 3 4
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 72
5.1) FLYBACK - Principe
TE D
C R
vS
TivDiD
LiLv
A
B
C
D
L
DA
B
C
D
T
1v 2v
i T iD
E vS
DA
B
C
D
T 1v 2v
i T iD
E vS
n1 n2
Hacheur à stockage inductif de type BUCK-BOOST
Inductances couplées
Schéma équivalent de l’inductance FLYBACK
37
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 73
5.1) FLYBACK – Fonctionnement
T Ti
Tv
Ve
1i1v 2v D
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
-
T
Ve
1ivD
i = 02
Vs
T
Ve2L
DC R
vD
i2
Vs1L
1i = 0
12
2 LmL ⋅=
1
2nn
m =
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 74
5.1) FLYBACK – Relations
Valeur moyenne de la tension de sortie : α−
α⋅⋅=1
VemVs
α⋅
=∆FC
IsVs
FLVe
I1
1 ⋅⋅α
=∆ Ondulation de la tension de sortie :
Ondulation du courant d'entrée :
( ) ( ) min11
10 I0tLVe
ti +−⋅=
[ ]T ; 0t α∈ [ ]T ; Tt α∈
( ) ( ) max11
10 ITtLm
Vsti +α−⋅
⋅−
=
Vedt
diLv
ininet 0i
OFFest D : 0VsmVeVsvv
Vemv et Vev et 0V: ONest T
1011
101112
2D
21T
+=+=
⋅=⋅=⇒<−−=−−=⇒
⋅+=+=≡
mVs
dtdi
Lv
mi
iinin donc 0i
mVs
Vev donc mVs
v et Vsv
ONest D et 0i: OFFest T
1011
102101221
T12
2
−=+=
=⇔⋅=⋅=
+=−
=−=⇒
>
1
2nn
m =
38
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 75
5.1) FLYBACK – Discontinu
+Ve
t
0 T t'T
v (t)TVe+Vs
m
I1max
i (t)10
t0 T
+Ve
- Vsm
v (t)1
I1max i (t)10
( ) ( ) 00tLVe
ti1
10 +−⋅= TLVe
I1
max1 α⋅=
T'Lm
VsI
1max1 α⋅
⋅=( ) ( ) max1
110 ITt
LmVs
ti +α−⋅⋅
−=
VsVem
'⋅
⋅α=α
VsVem
FL2Is i
22
2
2
D⋅
⋅⋅α
==><
IsFL2Vem
Vs2
222
⋅⋅⋅⋅α
=
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 76
5.1) FLYBACK – Vs = f(Is)
0 0.05 0.1 0 .15 0.2 0.250
1
2
3
4
5
6
a lpha =0
a lpha =0 .5
alpha =0.66667
a lpha =0 .75
a lpha =0 .8
alpha =0.83333α−α
=1
y
x2y
2
⋅α
=
mVeVs
y =
IsVe
FLm
IsVemFL
x
1
2
⋅⋅⋅
=
⋅⋅⋅
=
( )
α−α
=
α−α=
1y
21
x
limite
limite
y
x
39
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 77
5.1) FLYBACK – Interrupteurs
v Tt0 T
iTI1max
I1min
Ve+ Vsm
+Ve
( )
mVsVeV
12I
1Ism
I
!IeIsm1
I
FL2Ve
1Ism
II
MT
21
2
RMST
moy)AV(T
1max1TM
+=
α⋅
∆+
α−⋅
=
=⋅α−
α=
⋅α+
α−⋅
==Le transistor :
La diode :
t0 T
iD
-mVe-Vs
vD
I2max
I2min
( ) ( )
VsmVeVV
112I
1Is
I
IsI
FmL2Ve
1Is
I
DRMmax inv D
21
2
RMSF
)AV(F
1FRM
++==
α−⋅
∆+
α−=
=
⋅α+
α−=
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 78
5.1) FLYBACK – Choix de αFacteur de dimensionnement de l'interrupteur :
( ) mIs2I
11
PsIV
Fd 1TMTM⋅α
∆+
α−α=
⋅=
( )α−⋅α≈∆
11
Fd faible I1
Ve2Vet 4Fd ,21
Pour TMmin ⋅===α0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
0
2
4
6
8
10
12dI10 = 0 et dI10 = 2.9538 A / m = 0.073846.
alpha
Fac
teur
de
dim
ensi
onnm
ent
Fd
du t
rans
isto
r
12
21
1 LmLet FL
VeI Avec ⋅=
⋅⋅α
=∆
( ) ( ) IsFL2Vem
11
TFd2 ⋅⋅⋅⋅
+α−α
=
Exemple :
0,0738 met V 24 Vs V, 325 Ve
A 10 Iset A3I1===
==∆
40
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 79
5.1) FLYBACK – Auto-oscillant
+⋅
=
mVeVs
1ILm
VsF
max11
FIL21
FWR
VsP 2
max11EM
2⋅
=⋅==
2
12
mVeVs
1Lm2
RF
+⋅⋅
=
( )
( ) ( )
+==⋅=
α−⋅
−=⋅⋅
=
+=⋅
=
⋅=⋅
211
22
110
max111
110
max111
max22max11
tt1
T1
F et LmL
TtLm
Vs0ti car
VsILm
t
0tLVe
ti car VeIL
t
InIn
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 80
5.1) FLYBACK – Exemple
Principe :
15 V – 2 A – 30 W – 0,5 L
F = 100 kHz, η > 80%
Veeff = 85 à 265 VAC
41
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 81
5.2) Alimentation FORWARD
Réseauélectrique
EDF230V-50Hz
Redresseur+filtrage
50Hz
Onduleur25 kHz
Transfo.d'isolation
25 kHz
Régulation(isolée)
Redresseur+filtrage25 kHz
VDC
AC50 Hz
DC325V
AC25kHz
AC25kHz
DC+5V
1 2 3 4
D C
T
L
Dtr
1v2v
Dm
3v
Ve
VsR
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 82
5.2) FORWARD - PrincipeHacheur abaisseur de type BUCK
Transformateur d’isolement
Schéma équivalent du transformateur FORWARD
ED
C
iS
R
T vS
TiTv
vD
iD
LiLv
L
D'A
B
C
D
T
1v 2v
i T iD'
E u
1v 2v
i2n1 n2
i1
42
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 83
5.2) FORWARD – Fonctionnement
DC
iS
R
T
vS
Ti
Tv
vD
iD
LiLv
L
Dtr
1v2v
i2
Dm
3v
n1 n2n3
vE
CE
iE
230V50Hz
5V10A
1v2v
i2n 1 n2
i1
3v
i3n 1
L 1
i 10
n 3
Transformateur à 3 enroulements :
( )( )
( )( )
( )( )
φ⋅+=
φ⋅+=
φ⋅+=
dt
tdntv
dt
tdntv
dt
tdntv
spire33
spire22
spire11
101332211 inininin ⋅+=⋅+⋅−⋅+
( ) ( )tiLtn 101spire1 ⋅=φ⋅
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 84
5.2) 3 phases de fonctionnement
T2T nn Avec 13
⋅α=⋅β=
TT <⋅β
1
3nn
'm =
1
2nn
m =
J.-P. FERRIEUX, F. FOREST, 3ième édition, page 60.
43
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 85
5.2) FORWARD –Évolution des
grandeurs électriques
VemVs ⋅α⋅=
( )2FLC8
Vem1Vs
⋅
⋅α−α=∆
( )FLVem
1IL ⋅⋅
α−α=∆
J.-P. FERRIEUX, F. FOREST, 3ième édition, page 61.
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 86
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
5.2) FORWARD – Vs = f(Is)
α=y2x2
1
1y
α
⋅+
=
mVeVs
y =
IsVe
FLx ⋅
⋅=
( )
α=
α−α=
limite
limite
y2
1x
44
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 87
5.2) FORWARD – Interrupteurs
Diode DDiode Dm :
Diode Dtr :Interrupteur T :
Ve'm
11VTM ⋅
+=
Ve'm
mVRRM ⋅=
IsI )AV(F ⋅α=
( ) Ve'm1VRRM ⋅+= VemVRRM ⋅=
( ) IsFL
Ve21
I1
AVF <<α⋅⋅
⋅=
( ) α⋅⋅
+
⋅⋅⋅α−α+⋅=
FLVe
FL2Vem1IsmI
1TM
( ) Is1I )AV(F ⋅α−=
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 88
5.2) FORWARD – Choix de αFacteur de dimensionnement de l'interrupteur :
α
+=
⋅⋅⋅α
⋅⋅⋅
+
≈⋅
= 'm1
1
IsVem
IsmVe'm
11
PsIV
Fd maxTmaxT
( )
'm11
1'm
T1LE
nn
TLE
I
max
13
1
1max10
+=α⇒α−=⋅α⇒
α−⋅=α=
( )maxmax 11
Fdα−⋅α
=
0 .1 0 . 2 0 .3 0.4 0 .5 0.6 0 .7 0.8 0 .90
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1 0
alphaVe2V ,1
nn
'm Avec TM1
3 ⋅===
45
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 89
5.2) FORWARD – Démagnétisation Par diode Zener :
Ve
Vs
Tp
Dm
Dz
Ve
Vs
Tp
Dm
R C
Par réseau RCD :
Par pont asymétrique :
Ds2
Ds1
SV
n1n2 L0 I0
C0 V0VDs2
L0iiS
iDs2
pv
i p
T1
D1
D2
T2
Commandes PWM50 kHz
Correcteur
Mesureisolée
+5V+
-
vI
iP iI
iR
vR230V50Hz
DR1
DR2 DR3
R4D
CR
Tr
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 90
5.2) Utilisation du circuit magnétique
( )( ) ( )tine2LH
tinHe2LHldH
101rferfer
airferfer
⋅=µ⋅⋅+⋅⇔
⋅=⋅⋅+⋅=⋅ ∑∫rr
Circulation de H le long d'une ligne de champ :
Le flux dans le circuit magnétique vaut :
( )∫ ⋅=⋅=φ dttvSB Lferspire
B(t)
H(t) / i(t)
t
0 TαΤ
Le circuit magnétique n'est utilisé que dans le quadrant
B>0 et H>0 !
46
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 91
5.3) Alimentations en PONT
AC
Tension
d'entrée
DC
DC
AC
Transformateur"HF"
Tension
régulée
Onduleur"HF"
AC
AC
Redresseur+ filtrage "HF"
Pour une utilisation symétrique du circuit magnétique, il faut une alimentation alternative :
⇒ utilisation d’un onduleur monophasé
ØMontage PUSH-PULL
ØMontage en DEMI-PONT
ØMontage en PONT complet
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 92
5.3.1) Montage PUSH-PULLSchéma de principe :
Fonctionnement à vide :
101
2222
1111
in
'i'nin'i'nin
⋅+=φ⋅ℜ=
⋅−⋅+⋅−⋅+
dtd
nv xxφ
=
J.-P. FERRIEUX, F. FOREST, 3ième édition, page 66-67.
47
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 93
5.3.1) Montage PUSH-PULL en chargeVem2Vs ⋅⋅α⋅=
1
2nn
m =
Ve2V maxT ⋅=
( )FL2
VeFL4mVe1IsmI
1maxT
α+
⋅α−α+=
α=
1Fd
Vem2VRRM ⋅⋅=
α⋅=
21
Fd( ) 2
IsI AVF =
Transistors Tp1 et Tp2 :
Diodes D3 et D4 :
J.-P. FERRIEUX, F. FOREST, 3ième édition, page 68.
21
0 ≤α≤
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 94
5.3.2) Montage en DEMI-PONT
VeV maxT =
Nouvelles contraintes :
C
C
v
Ve2
Ve2
Source double à diviseur capacitif :
VemVRRM ⋅=
48
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 95
5.3.3) Montage en PONT
ØOnduleur monophasé en pont complet à commande décalée :
4 transistors + 4 diodes + commandes isolées
ØRedressement double alternance à point milieu :
faible chute de tension / 2 secondaires
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 96
5.3.3) Montage en PONTVem2Vs ⋅⋅α⋅=
1
2nn
m =
Ve2V maxT ⋅=
( )FL2
VeFL4mVe1IsmI
1maxT
α+
⋅α−α+=
α⋅=
21
Fd
VeVRRM =
( )( )
Ism221
I AVF ⋅α−
=
Transistors :
Diodes au primaire :
21
0 ≤α≤
J.-P. FERRIEUX, F. FOREST, 3ième édition, page 70.
Vem2VRRM ⋅⋅=
( ) 2Is
I AVF =
Diodes au secondaire :
49
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 97
5.4) Alimentation à résonance
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 98
5.4) Résonance série – F > F0
( )
( )
⋅=ω
Φ+ω−=
Φ+⋅ω⋅=
000
00
000C
0
CL
1
tcosCL
IeVv
tsinIeie
Grandeurs normalisées :
=
=
0
0CL
VemIs
x
mVeVs
y
50
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 99
5.4) Résonance série – Vs = f(Is)
Avec :
π=θ
=
⋅π
=
FF
VsmV
RFFm
CL
2Q
0
crête 0C
02
0
0
( )( )
⋅θ
+⋅θ
θ
−=
⋅θ
+⋅θθ−θ+
−=222
2x
x2
Cotg12
xx
cos1cos1
1y
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 100
5.4) Résonance série – Contraintes
Inconvénients :Ø Dim. en courant π/2 fois plus grandØ Fonctionnement à fréquence variableØ Zone (Vs ; Is) limitée par les CALC et par le rapport (F/F0)maxØ fonctionnement à vide difficileØ Contraintes importantes sur L0 et C0
Ø Dimensionnement délicatØ Régulation délicate
Avantages :Ø Pas de perte à la fermetureØ CALC sans pertesØ Commutation sous dv/dt faibleØ Redressement avec di/dt faibleØ Utilisation symétrique du transformateurØ Pas de composante DC (condensateur)Ø Utilisation de l’inductance de fuite
Réduction des pertes en commutations
51
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 101
Plan de l’étude des alimentations1. Alimentations faible puissance non isolées2. Alimentations isolation BF3. Régulation linéaire4. Régulation à découpage5. Alimentations à découpage
6. Comparaison découpage / linéaire7. Bibliographie
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 102
6) Comparaison découpage / linéaire
100 000 h60 000 hM.T.B.F.
NégligeablesImportantesPerturbations CEM
0,1 %1 %Ondulation résiduelle
1% - 50 µs5% - 1 msRégulation dynamique
0,9 à 1,1 Un0,85 à 1,2 UnPlage de tension d'entrée
20 à 50 W/L50 à 300W/LPuissance volumique
10 à 30W/kg30 à 300W/kgPuissance massique
35 à 50%65 à 90%Rendement
LinéaireDécoupageCaractéristiques
J.-P. FERRIEUX, F. FOREST, 3ième édition, page 4-5, (en 1998)
52
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 103
6) Sites internet de fabricants[1] : Fairchild - Power Supply Design Toolkit
http://www.fairchildsemi.com/designcenter/[2] : Linear Technology - SwitcherCAD III
http://www.linear.com/[3] : National Semiconductor – WeBENCH
http://www.national.com/appinfo/power/webench/[4] : On Semiconductor - Power 4-5-6 Plus
http://www.onsemi.com/site.support/models/[5] : STMicroelectronics - VIPer Design
http://www.st.com/stonline/prodpres/discrete/vipower/vipfm5.htm[6] : Texas Instruments - SWIFT Designer Software
http://focus.ti.com/docs/tollsw/folders/print/swift-sw.html[7] : Würth – Inductances
http://www.we-online.com/[8] : Panasonic – Condensateurs faible ESR
Chez http://www.radiospares.fr Source : Elektor, janvier 2005, revue N° 319, pp. 68-69, Concevoir des alimentations
T. LEQUEU Vendredi 27 janvier 2006 104
7) BibliographieØ J.–P. FERRIEUX, F. FOREST, Alimentations à découpage - Convertisseurs à résonance, DUNOD, 3e
édition, 1999.
ØH. SCHREIBER, 300 Schémas d'alimentation : Redresseurs, Alimentations à découpage et Régulateurs linéaires, Convertisseurs , Dunod, 1998, 244 pages.
ØP. MAYE, Les alimentations électroniques, 2001, DUNOD, 464 pages.
ØG. SEGUIER, Volume 1 : La conversion alternatif–continu, Lavoisier TEC&DOC, 2° édition, septembre 1992, 386 pages.
ØR. BAUSIERE, F. LABRIQUE, G. SEGUIER, Volume 3. La conversion continu–continu, éditions TEC&DOC, 1997.
ØG. SEGUIER, L'électronique de puissance : les fonctions de base et leurs applications - Cours et exercices résolus, DUNOD, 6eme édition, 1998, 388 pages.
ØN. MOHAN, T.M. UNDELAND, W.P. ROBBINS, Power Electronics - Converters, Applications andDesign, John Wiley & Sons, 1995 second edition, 802 pages.
ØP.-T. KREIN, Element of power electronics, Oxford University Press, 1997.
Ø [D3150][D3151][D3152], Electronique de puissance : Introduction générale, H. FOCH, R. ARCHES, F. BORDY, Y. CHERON, B. ESCAUT, P. MARTY et M. METZ, Techniques de l'Ingénieur, 1989.
Ø [E3620], Systèmes d'alimentation pour équipements électroniques, A. CAILLOT, Technique de l'Ingénieur,février 1998.
Ø [E380], Alimentations continues stabilisées, B. BOUTOUYRIE, Technique de l'Ingénieur, mai 2002.