Le choix du transformateur

A. Rôle:
•La fonction d'une alimentation est de fournir, à partir
du secteur, à un matériel, l'énergie électrique continue
nécessaire à son fonctionnement
B) Schéma fonctionnel
Protèger
A21211
Adapter
A 21212
Redresser
A21213
Filtrer
A21214
Réguler
A21215
A2121:Transformer l'énergie
B.1) La fonction Protéger
Celle-ci est assurée par un fusible dont le rôle est de protéger les
différents éléments reliés à 'alimentation. Le choix du fusible se fera en
fonction de l'intensité totale consommée par les différents éléments du
montage. In=1,2.Imax
B.2) La fonction adapter
Son rôle est de transformer une tension sinusoïdale en une autre tension
sinusoïdale. Elle est assurée par un transformateur.
N1
U1
N2
U2
B.2.1) caractéristiques
•On définit le rapport de transformation
N 2 U 2 I1
m


N1 U1 I 2
•On distingue le transformateur abaisseur m<1 et le transformateur élévateur m>1
•Le choix du transformateur se fait en fonction de la tension primaire, la
tension secondaire, la Puissance du transformateur (en VOLT/AMPERE)
dans le primaire :
dans le secondaire :
Rendement
En théorie : η=1
En pratique : η = 80%
B.3) La fonction redresser
Le rôle de cette fonction est de convertir une tension sinusoïdale en une
tension unidirectionnelle.
B.3.1) Grandeurs caractéristiques:
Valeur moyenne d'un signal :
Valeur efficace
Vmoy
Veff
1T
  v (t )dt
T0
1T 2

 V (t )dt
T0
Facteur d'ondulation
FO 
2
Veff2  Vmoy
Vmoy
Ce facteur est d'autant plus faible que la tension redressée se rapproche du continu.
B.3.2) REDRESSEMENT MONOALTERNANCE.
U max
Veff 
2
U max
Vmoy 

Vdrrm( tension inverse maxi de la diode)  U max
B.3.3) REDRESSEMENT DOUBLE ALTERNANCE
Transformateur à point milieu
U max
Veff 
2
2.U max
Vmoy 

Vdrrm  2U max
D 1
R
D 2
B.3.4) Pont de Graëtz
U max
Veff 
2
2U max
Vmoy 

Vdrrm  U max
D1
D2
D3
D4
B.4.) La fonction filtrage
Le but de FS3 est de rendre l'allure double alternance issue du redressement en une
tension aussi continue que possible
D1
D2
D3
D4
Détermination du condensateur.
On se fixe ΔU(chute de tension maximale admissible) et l'intensité I consommée
par le circuit on en déduit C.
En effet:
Q=CU=I.T or T est connu (10ms si redressement double alternance) d'où :
Attention: Le choix d'une capacité élevée dépend de l'intensité maximale
admissible par les diodes.
Pour une bonne alimentation on se fixe en générale :
U
 1%
U
B.4.1) Exemple de calcul.
On désire réaliser une alimentation 15V/80mA (redressement avec pont de Graëtz)
1.Choix du transformateur.
Le condensateur réservoir se charge à Umax soit une tension efficace au
secondaire= U max =
2
=220V
15
 10.6V
2
On choisit Ueff secondaire =12V; Ueff primaire
et Ieff=0.1A(0.1 au lieu de 80mA pour des raisons de sécurité)
2.Choix des diodes.
Le courant d'utilisation étant de 80mA, on choisit des diodes supportant un courant de
Imoy=0.1A et de tension inverse VR=Umax=12 =17V (il n'existe pas de diode avec Vr
<100V)
3.Choix du condensateur.
Pour une alimentation de qualité, on choisit soit ΔU=0.15V, d'où C=
soit C=666μF valeur Normalisée (1000μF,35V)
B.5)La fonction Réguler
Le rôle de cette fonction est de maintenir constante la tension
de sortie. C'est un régulateur de tension qui permet
également une réjection de l'ordre 70dB de la tension
d'ondulation (division par 3166).Cette fonction remplit donc
aussi le rôle de la fonction filtrer.
E
M
S
B.5.1) caractéristiques technologiques.
Il existe différents types de régulateurs.
1.
Les régulateurs positifs
2.
Les régulateurs négatifs.
3.
Les régulateurs ajustables
B.5.1.1)DROPOUT VOLTAGE (VDVMIN=(VE-VS)MIN)
C'EST LA DIFFERENCE DE POTENTIEL MINIMALE ENTRE ENTREE ET SORTIE POUR
QUE LE REGULATEUR FONCTIONNE
B.5.1.2)
MAXIMUM POWER DISSIPATION
PUISSANCE MAXIMALE DISSIPABLE PAR LE REGULATEUR
C) Calcul de radiateur
C.1)Loi d’OHM de la thermodynamique
Problème à résoudre : Liaison entre puissance, chaleur et écoulement
de cette chaleur.
K
B
A
•Si TA > TB alors il y a écoulement de chaleur ceci implique
(rayonnement +conduction)
TA  TB  K 
Or :
J
 Watt
t
Q
avec TA-TB=(°C)
t
Q (calories en joules)
TA  TB
K=coef=
 (C / W ) (=Résistance thermique)
Q
t
Gaisse
isolante
facilitant la
conduction thermique
Air
Jon ctio n
4
1
1
2
X
2
radiateur
3
Air
•Si les corps sont en série, les K s’ajoutent.
4
•Si les corps sont en parallèle, les K se calculent comme des R équivalent.
3
1→Résistance thermique : Jonction fond de boîtier (partie fixée sur le
radiateur) Rthj-Fb
2→Résistance thermique fond de boîtier radiateur
Si présence isolant X(MICA) alors 0.5°C/W
Sans isolant + bon serrage 0.3°C/W
3→Résistance thermique radiateur-> air Rthra
4→Résistance thermique fond de boîtier -> air Rthfb-a (forte valeur 50°C/W)
air
C.2) Choix du radiateur
Démonstration du besoin d'un radiateur
Calculer RTH totale = (Tj max - Ta) / Pd max, plus RTH totale est petit, mieux on peut dissiper.
Si RTH totale > RTH ja, il ne faut pas de radiateur,
RTH totale < RTH ja, il faut un radiateur.
1.) Aluminium-cuivre (bonne conduction)
2.) Aluminium-cuivre + ailettes (convection)
3.) Surface noire (Rayonnement)
Exemple de calcul d'un dissipateur thermique
Calcul de la puissance dissipée par le régulateur
Pd max = (Ve - Vs) . Is + Ipol . Ve = (20 - 12) . 1 + 20 . 0,008 = 8,16W
Calcul de RTH totale
RTH totale = (Tj - Ta) / Pd = (150 - 25) / 8,16 = 15,31 °C/W
Constatation
RTH ja = 50 °C/W > RTH totale, il faut un dissipateur.
Choix du radiateur (hypothése contact direct)
RTH ra = RTH totale - (RTH jb + RTH br) = 15,31 - (3 + 1,4) = 10,91 °C/W