LIAISON REFERENTIEL Chap E3 §E31 : Fonction en logique

ALIMENTATION STABILISEE +/- 12 volts - 500 mA
G. DEL FRANCO Lycée G.MONOD
Alimentation [e-mail] http://perso.wanadoo.fr/giovanni.delfranco/
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LIAISON REFERENTIEL
I- PRESENTATION - DEFINITION :( JM. PARISOT)
La grande majorité des équipements électroniques a besoin d’une source de courant continu qui
peut être une pile ou une batterie, mais qui généralement est constituée d’un circuit transformant le
courant alternatif du secteur (220V, 50Hz) en courant continu : l’alimentation stabilisée.
Le rôle d’une alimentation continue est de fournir les tensions et courants nécessaires au fonctionnement
des circuits électroniques avec le minimum d’ondulation résiduelle et la meilleure régulation possible.
Elles doivent, de plus, souvent limiter le courant fourni en cas de surcharge ainsi que la tension continue
qu’elle délivre, ceci afin de protéger les composants fragiles.
Il existe des moyens divers pour produire une tension continue stable à partir d’une tension alternative ;
deux méthodes seulement sont fréquemment employées :
- la stabilisation linéaire,
- la stabilisation par découpage.
Toutes deux ont leurs avantages et leurs inconvénients. L’alimentation à découpage s’utilise
essentiellement dans le domaine des puissances de 100W et plus. Nous ne parlerons ici que de
l’alimentation stabilisée linéaire devenue classique.
L’alimentation stabilisée, constitution et fonctionnement
Le bloc diagramme d’une alimentation apparaît ci-dessous :
II- LE TRANSFORMATEUR :

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Plus de 90% des alimentations en électronique utilisent des transformateurs.
La formule de Boucherot, en physique, nous donne la valeur de la tension d'un enroulement
U = 4,44 .
B
ˆ
. N . S . f U tension efficace
avec :
f : fréquence du réseau.
S : section du circuit magnétique du transformateur.
N : nombre de spires de l'enroulement considéré.
B
ˆ
: valeur maxi de l'induction, mais comme f, S et
B
ˆ
sont constantes pour un même
transformateur, on aura alors :
Ul = K . N1 et U2=K . N2
avec K = 4,44 .
B
ˆ
. S . f
On en déduit que le nombre de spires sera proportionnel à la tension. C'est pourquoi dans un
transformateur abaisseur, le primaire comporte plus de spires que le secondaire.
Remarque : Masse du transformateur
S est la section du circuit magnétique du transformateur. On imagine que plus la section est grande
plus le poids est important. Donc à tensions égales si nous souhaitons alléger le transformateur, il faut
diminuer la section en compenser par une augmentation de la fréquence, pour une même induction donc
des tôles identiques. C’est pourquoi le transport aérien utilise une fréquence de 400hertzs et des
transformateurs plus légers de 8 fois.
La fréquence de fonctionnement doit être limitée car plus elle est importante plus les pertes sont
importantes (fer et Foucault).
On peut repousser les limites de la fréquence mais cela suppose que le circuit magnétique soit constitué
de ferrite.
II-1- Puissance Apparente :
Le transformateur est défini par da puissance apparente S nous avons :
S = U1 I1 = U2 I2 en VA
Cette puissance s’exprime en Volt Ampère.
Le choix se fait donc sur cette donnée en fonction de la tension primaire et secondaire souhaitée.
II-2- Technologie :
Le transformateur est un convertisseur statique alternatif/alternatif, c’est la variation de
tension primaire qui permet une variation de flux. Cette variation permet à son tour d’induire la
bobine secondaire et permettre donc la naissance d’une tension secondaire alternative de même
pulsation que la tension primaire.
Limitation des pertes :
Les pertes dans le transformateur sont de deux types, les pertes joules qui sont liées aux
bobines (cuivre) et les pertes fer.
Les pertes fer ont deux causes, les courants de Foucault et l’hystérésis.
Pertes par courant de Foucault :
Les matériaux ferromagnétiques ont souvent des propriétés conductrices pour le courant
électrique : en présence d’un flux variable, la fem induite crée les courants de Foucault qui
circulent dans le matériau.

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L’effet Joule dissipe l’énergie sous forme de chaleur, ce sont les pertes par courants de
Foucault.
Ces pertes sont proportionnelles au carré de la fréquence et au carré de l’induction. Donc plus la
fréquence est élevée, plus ces pertes sont importantes, il en va de même pour l’induction.
Comment réduire ces pertes :
- En dopant le matériau magnétique de silice (grain)
- En augmentant la résistance au passage des courants de Foucault en feuillant le noyaux
(empilage de tôle isolée les une des autres par oxydation)
Pertes par hystérésis :
Ces pertes sont dues à la différence d’énergie stockée pendant la croissance et celle
restituée lors de la décroissance de H. Elles sont donc proportionnelles à la fréquence.
On l’exprime sous la forme suivante :
Autre technologie de transformateur
Nous avons vu des transformateurs de construction conventionnelle (cuirassé), le bobinage
des enroulements se fait sur un support qui est glissé sur le noyau du circuit magnétique en E fermé par
des tôles en I. Cette technologie nous impose donc un entrefer qui génère des pertes (fuites magnétiques).
Nous utilisons alors des circuits magnétiques toriques.
Par construction, le transformateur torique est proche de la définition théorique idéale. De ce fait,
les performances sont excellentes : dimensions et poids réduits (près de la moitié d'un transformateur
conventionnel), bruit et champ de fuites magnétiques très faibles.
Ces excellentes caractéristiques font de ce type de transformateur le composant idéal pour les
alimentations et équipements compacts. Les techniques de production permettent aujourd'hui de réaliser
ces transformateurs toriques à des prix équivalents, voire meilleurs, que les transformateurs
conventionnels.
Valeur donnée par le constructeur de tôle

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Le noyau est un ruban spiralé de tôle au silicium à grains orientés. Il n'y a pas d'entrefer, pas de
tôles libres pour produire du ronflement.
- Les pertes fer sont très faibles (valeur typique 1,1 W/kg) : le courant magnétisant et donc l'échauffement
sont réduits.
- La densité de flux est plus élevée parce que le flux magnétique est orienté dans la direction de la tôle
spiralée à grains orientés, d'où une considérable réduction du poids et du volume du noyau.
- Tous les enroulements sont répartis de façon symétrique sur la totalité du noyau, les longueurs de fil en
sont plus courtes.
- Une meilleure densité de courant dans les enroulements est permise, car ils utilisent la totalité du noyau
comme surface d'échange thermique.
- L'économie de matériaux participe à la compétitivité du produit.
Test
- Chaque transformateur subit un test d'isolement primaire/secondaire à 4 000 V AC. Cet
isolement est réalisé par une triple couche d'un ruban polyester et les chemins de fuite aux points
de sorties sont conformes à la CEI 65.
- L'isolement des secondaires est supérieur à 500 V AC.
- Toutes les tensions sont définies à pleine charge. Le taux de régulation permet de calculer les
tensions à vide. La tolérance de bobinage est de ± 5 % conformément aux normes
BS 3535 et CEE 15.
- L'accroissement de température à pleine charge en régime permanent peut atteindre 65° au-
dessus de l'ambiante, la température du transformateur ne devant pas dépasser 105° (maximum
admissible par les isolants PVC).

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III- LE REDRESSEMENT :
III-1- Rappels de cours
Simple alternance
Double alternance à pont de
Graêtz
Double alternance avec
transfo. à point milieu
Double enroulement et
pont (Alim symétrique)
III-2- Les diodes :
La diode est le semi-conducteur de base : on ne peut pas combiner du silicium dopé plus
simplement.
Son fonctionnement macroscopique est assimilable à celui d'un interrupteur commandé qui ne
laisse passer le courant que dans un seul sens. Cette propriété lui ouvre un champ d'applications
assez vaste en électronique. C'est la diode qui va permettre de redresser le courant alternatif issu
du secteur et autoriser la fabrication d'alimentations stabilisées qui sont obligatoires dans la
plupart des montages électroniques. On conçoit donc que si ce composant est basique, ainsi que
son fonctionnement, il n'en n'est pas moins fondamental !
La fonction diode a existé bien avant l'arrivée du silicium : on utilisait alors des diodes à vide (les
lampes) dont le fonctionnement était basé sur l'effet thermoélectronique. Le silicium a apporté les
avantages suivants : coût, fiabilité, encombrement, simplicité d'utilisation