Fonction Alimentation
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FONCTION ALIMENTATION 1. IDENTIFICATION DE LA FONCTION La fonction alimentation fournit à un objet technique l'énergie électrique nécessaire à son fonctionnement. Dans la plupart des cas, la fonction alimentation transforme les caractéristiques de l'énergie livrée par le réseau EDF pour les adapter aux conditions de l'alimentation d'un objet technique (le fonctionnement des circuits électroniques d'un objet technique nécessite en général une alimentation sous Très Basse Tension Continue). La tension du réseau EDF est alternative de valeur efficace 230V. La tension de sortie de l’alimentation est de valeur continue 12V et possède la propriété de demeurer constante quelle que soit la charge appliquée. 2. FONCTION SECONDAIRE La réalisation de la fonction alimentation nécessite un certain nombre de fonctions secondaires : Le schéma structurel relatif à la fonction alimentation est le suivant : TF61 220V AC D62 D61 GND CI61 VI VO VS L7812 C61 D64 D63 F61 220V AC FUSE OV 2.1. FS1 : FONCTION ADAPTATION EN TENSION Transformateur : Appareil statique à induction électromagnétique destiné à transformer un système de courants variables en un ou plusieurs autres système de courant variable d’intensité et de tension généralement différentes mais de même fréquence. Erreur! Signet non défini. 2.1.1 RAPPORT DE TRANSFORMATION : Si N1, Ve sont le nombre de spire et la tension au primaire, N2 et Vs pour le secondaire. Le rapport de transformation est : 2.1.2 N 2 VS i E N1 VE i S PUISSANCE DU TRANSFORMATEUR (EN VOLT/AMPERE) : Dans le primaire : 2.1.3 K PE VE iE ; Dans le secondaire : Ps VS iS RENDEMENT : PS PE En théorie : en pratique Fonction Alimentation Page 1 TRAVAIL DEMANDE : Le transformateur fournit au secondaire, une tension alternative sinusoïdale d’amplitude efficace 18V. a. b. c. d. Donner le rapport de transformation en %. La puissance du transformateur utilisé est : 25 VA. Calculer la valeur du courant IS. Si calculer le courant IE Représenter l’allure de la tension VS. Préciser fréquence et amplitude. 2.2 FS2 : FONCTION REDRESSEMENT Le rôle de FS2 est de rendre unidirectionnelle l'énergie délivrée par le transformateur. Cette fonction est réalisée par des diodes à jonction ou par l’utilisation d’un « pont de diodes » : 2.2.1 MONTAGE A PONT DE GRAETZ : Tension maximum : Tension moyenne : Tension efficace : Fréquence de UR : U R MAX U MAX 2 * U D Seuil U R MOY U R eff 2 U R MAX U R MAx 2 f Ur 2 * f U TRAVAIL DEMANDE : Le pont de diode reçoit la tension de sortie du transformateur, soit une tension alternative d’amplitude efficace 18V. On place une charge (résistance R=470) en vue d’observer la sortie de la fonction. a. b. c. Câbler le pont de diode et la charge puis appliquer le signal prévu. Visualiser puis relever les signaux V et UR en précisant toutes les amplitudes. Commenter la forme du signal aux bornes de la charge puis compléter le tableau ci-dessous : Signe de V d. Diodes conductrices Pour chacun des cas, faire un schéma en indiquant le sens du courant. Justifier la perte de tension due à l’utilisation de la fonction redressement. 2.3 FS3 : FONCTION FILTRAGE Le but de FS3 est de rendre l'allure double alternance issue du redressement en une tension aussi continue que possible. 2.3.1 TAUX D'ONDULATION Après filtrage, la tension aux bornes de la charge varie entre une valeur maximale UMAX et une valeur minimale UMIN. U MAX U MIN 2 L'ondulation autour de cette valeur moyenne est: U U MAX U MIN U Le taux d'ondulation de la tension filtrée est le rapport: 2 U MOY Sa valeur moyenne peut être considérée comme égale à: U MOY Le taux d'ondulation dépend des valeurs de la charge R (donc des caractéristiques Courant/Tension de l'alimentation), de la capacité de filtrage C et de la période de la tension redressée. 2.3.2 CALCUL DU CONDENSATEUR DE FILTRAGE : Fonction Alimentation Page 2 Lorsque l’ondulation est faible, l’exponentielle de décharge peut être assimilée à une droite (droite AB sur le graphe cidessous): Uc(t) en volts A Ucmax Ucmoy Ucmin C RC t B 0 Méthode graphique : on trace la droite passant par les points A et C puis on obtient le point B dont l’abscisse vaut le produit RC. C est la valeur de la capacité à déterminer et R la valeur de la résistance de charge de l’alimentation. On obtient la valeur de R en divisant la tension délivrée et l’intensité du courant fournit par l’alimentation. Méthode par le calcul : on peut appliquer la formule approximative suivante pour calculer la valeur de la I T U C MAX U C MIN 1 Avec I le courant débité par l’alimentation et T avec F égale le plus souvent à 50 Hz 2* F capacité du condensateur de filtrage : C TRAVAIL DEMANDE : A la sortie du pont de diode câblé précédemment on remplace la charge R par des condensateurs de valeurs différentes. a. b. Visualiser la tension UC (anciennement UR) en ayant pris soin d’observer l’influence du condensateur sur le signal de sortie du pont de diode. Relever le signal avec et sans condensateur. Prendre quelques valeurs de capacités (au moins 5) et compléter le tableau ci-dessous : Valeur de C c. d. UcMAX UcMIN UcMOY Ondulation Taux d’ondulation Qualité du filtrage Déduire des mesures et calculs, l’influence de la valeur du condensateur sur la qualité du filtrage. Comment évolue le taux d’ondulation en fonction de la valeur de C ? Proposer un graphe : taux d’ondulation = f (C). Justifier la présence de la fonction FS3 au sein de l’alimentation. 2.4 FS4 : FONCTION REGULATION Fonction Alimentation Page 3 Les régulateurs intégrés type série se présentent sous forme d’un boîtier 3 broches ; Ils possèdent une tension VS (VOUT) très stable et rejettent efficacement les variations de la tension d’entrée. Il existe différents types de régulateurs série : Les régulateurs positifs qui effectuent la conversion d’une tension positive en une tension positive de valeur inférieure. Les régulateurs négatifs qui effectuent la conversion d’une tension négative en une tension négative de valeur supérieure. Les régulateurs bitension qui sont composés d’un régulateur positif et d’un régulateur négatif. Les régulateurs ajustables dont la boucle de régulation est externe, et permet des plages de variations de VS allant de 1,2V à 47V. (IADJ est souvent négligeable) Exemples : Ve : tension d’entrée du régulateur ; Vs : tension de sortie du régulateur ; VDV = Ve – Vs ICH : courant débité dans la charge (courant de sortie du régulateur). IADJ : courant de réglage du régulateur (ADJ : ADJust). MARGE DE TENSION (DROPOUT VOLTAGE) C’est la différence de potentiel minimale entre entrée et sortie pour que le régulateur fonctionne (V DVmin= (VE – VS)min). REGULATION DE LIGNE (LINE REGULATION)SV Indique en %/V les variations de la tension VS pour une variation de VE en régime établi (ex : 0,01 %/V pour un LM117). REGULATION EN CHARGE (LOAD REGULATION)R0 Indique en %/A les variations de VS pour une variation de IU en régime établi (ex : 0,3 %/A pour un LM117). TENSION DE BRUIT EN SORTIE (OUTPUT NOISE VOLTAGE) C’est la valeur efficace de la tension de bruit en sortie. DISSIPATION MAXIMALE DE PUISSANCE (MAXIMAL POWER DISSIPATION) C’est la puissance maximale dissipable par le régulateur. La puissance dissipée par le régulateur a pour expression : P = VDV.ICH STABILITE EN TEMPERATURE (TEMPERATURE STABILITY) ST C’est la variation de la tension de sortie en fonction de la variation de la température. La variation totale de la sortie a pour expression : VS SV .VE R 0 .I LOAD ST . LES CONDENSATEURS EXTERNES : Il est recommandé de placer un condensateur en entrée et un autre en sortie du régulateur, pour éliminer l’ondulation Haute Fréquence, améliorer le taux de réjection de l’ondulation et stabiliser le montage. LES DIODES DE PROTECTION : Il est parfois nécessaire d’ajouter des diodes de protection au montage, afin de protéger le régulateur contre les pointes de courant induites par les condensateurs (diodes du type 1N4001). Fonction Alimentation Page 4
