TD Convertisseurs Quasi-Résonants

TD :
Convertisseurs Quasi-Résonants
I. On désire réaliser un bloc à découpage pour une alimentation basse tension devant
fonctionner à 20kHz. La source de tension continue E à l’entrée est réalisée à partir d’une
source alternative de 120V, d’un redresseur à diode monophasé et d’un condensateur de
filtrage de valeur très élevée. La charge requiert une tension variant de 0 à 60 V et un courant
de 0 à 20 A.
1. Calculer le rapport cyclique min et max (on suppose que la conduction est continue)
2. Calculer la puissance maximale à la charge.
3. Calculer le courant moyen dans l’inductance L.
4. Dimensionner S1 et D (courants efficace et moyen, tension maximale).
On remplace, cette fois, l’interrupteur S1 par un interrupteur résonant (S1, Lr, Cr) à
commutation à courant nul de type L où S1 est un transistor MOSFET. On donne : Lr=20H,
Cr=0,1F et on suppose que L >> Lr.
5. Identifier la structure du montage ainsi réalisé.
6. Calculer sa fréquence de résonance et son impédance caractéristique Z.
7. Donner le circuit équivalent pour l’étude.
8. Expliquer le fonctionnement de ce circuit, en donnant pour chaque séquence de
fonctionnement les expressions temporelles de Vcr(t) et iLr(t).
9. Tracer, dans le plan de phase, ZiLr(t)=f(Vcr).
10. Représenter les formes des signaux suivants : VGS, iS1 et Vcr.
11. Calculer la fonction de transfert du montage en fonction de la fréquence f de S1.
12. Tracer, alors, Vch/E =f(f).
II. On considère le montage de la figure suivante :
K
L iL
C
E
D
io
1- Identifier la structure du montage ;
2- Par quoi est caractérisé l’interrupteur K ;
3- Donner les séquences de fonctionnement du montage et les circuits équivalents
correspondants ;
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4- Sur une même figure, tracer le plan de phase du montage pour les deux modes de
fonctionnement de K ;
5- Calculer la fonction de transfert du montage : Où f=1/T est la fréquence de
commutation de l’interrupteur K
6- Que devient cette fonction pour un fonctionnement bidirectionnel de K
7- Dans ce cas, tracer V0/E=f(f)
8- Comparer, alors, les deux modes de fonctionnement de K.
9- Dimensionner K.
III. Alimentation FLYBACK avec secondaire à résonance :
Le convertisseur flyback avec un interrupteur résonant de type L est donné à la figure 2a. En
supposant que le transformateur est idéal, la capacité de résonance peut être transformée au
secondaire (figure 2b) sans modifier les propriétés électriques du circuit. Dans ce cas, le
convertisseur flyback avec secondaire à résonance est réalisé où Lr est remplacée par
l’inductance de fuite Lk du transformateur.
Figure 2
Dans ces conditions le transformateur peut-être modélisé par son inductance de fuite Lk et par
son inductance de magnétisation Lm et l’étude du convertisseur flyback avec secondaire à
résonance peut-être ramenée à la structure non-isolée quasi-résonante de type Buck/Boost
(figure 3a). Lm est considérée de très grande valeur et le courant Im qui la traverse est supposé
constant pendant un cycle de commutation (figure 3b).
Figure 3
1- Etablir les différentes séquences de fonctionnement du montage considéré.
Pour chaque séquence préciser : les conditions initiales ; les circuits équivalents
correspondants et les expressions analytiques des variables d’états iLk(t) et Vcr(t).
2- Représenter dans le plan de phase : ZiLk(Vcr). Où Z : impédance caractéristique du circuit LkCr
3- Représenter les formes des signaux suivants : VGS, IS1 et Vcr
4- Donner la fonction de transfert du montage en fonction de la fréquence f de S1 ;
5- Tracer, alors, Vo/Vin=f(f).
6- conclure ?
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IV. La figure suivante représente un convertisseur quasi-résonant à commutation à tension
nulle (ZVS) où l’interrupteur K est un transistor. On donne : Lr=2OH, Cr=0,1F et on
suppose que L >> Lr .
1. Identifier la structure du montage ainsi réalisé ?
2. Donner le schéma simplifié du circuit équivalent pour l’étude ?
3. Calculer la fréquence de résonance f o et l’impédance caractéristique Z ?
4. Etudier le fonctionnement de ce circuit en donnant pour chaque séquence de
fonctionnement le circuit équivalent correspondant, l’évolution dans le plan de phase et les
expressions temporelles de ces variables d’état ?
5. Déterminer les limites de fonctionnement ?
6. Tracer le plan de phase, ZiLr(t)=f(Vcr).
7. Représenter les formes des signaux suivants : VGS, iK et Vcr.
V. On considère le convertisseur de la figure suivante :
1. Identifier le montage
1. Etablir les différentes séquences de fonctionnement du montage considéré.
Pour chaque séquence préciser : les conditions initiales ; les circuits équivalents
correspondants et les expressions analytiques des variables d’état iLr(t) et Vcr(t).
2. Représenter dans le plan de phase : iLr(Vcr).
3. Représenter les formes des signaux suivants : VGS, Vcr et IL.
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