Questions_smps
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Alimentations à découpage (SMPS) Basé sur le texte « Principle of power conversion » 1- Quelles sont les fonctions principales d’un bloc d’alimentation linéaire ? 2- Quels sont les types de redressement employés dans les blocs d’alimentation ? 3- Définissez ce qu’est un écran Faraday « Faraday shield » ? 4- Décrivez les fonctions d’un régulateur linéaire moderne? 5-Quel topologie de convertisseur doit stocker une quantité d’énergie importante dans le transformateur. ? 6- Pourquoi la gamme de tension des SMPS est de beaucoup supérieure à celle des A.L. ? 7- Quelle est l’avantage d’avoir un plus grande de tension à l’entrée d’une alimentation ? 8- Qu’est ce qu’un convertisseur de type « off line » ? 9- Comment peut-on assurer « l’universalité » d’un bloc d’alimentation? 10- Quel est le rôle des « bleeding resistors »? Montrez un exemple. 11- Dans un bloc d’alimentation à sortie multiples, pourquoi la sortie 5V est-elle souvent la seule à être régularisé? 12-Comment peut t’on régulariser les autres sorties alors ? 13-Quel types de condensateurs sont employés dans les SMPS? 14- À l’aide de condensateurs, de diodes et de bobines, dessinez, par cœur, les schémas des régulateurs de type Buck, Boost et Invert. 15-Expliquez le rôle du filtre Balun et Pi. 16- Montrez quelles tensions qu’on devrait mesurer aux bornes(3) d’une prise C.A. 120V 15A et décrivez chacun des signaux. 17- Quels critères déterminent le choix d’un condensateur dans un bloc d’alimentation (par rapport à C et V) 18- Pourquoi la taille du condensateur est directement proportionnelle à la capacité et la tension maximale du condensateur? 19- Expliquez le rôle d’un circuit « crowbar ». 20- Qu’entend-t-on par « auto bootsrap »? 21- Définissez les termes E.M.I et R.F.I. 22- Pourquoi l’efficacité des régulateurs à découpages (SMPS) est elle supérieure à celle des régulateurs linéaires? Alimentations à découpage (SMPS) (Réponses courtes) 1- Quelles sont les fonctions principales d’un bloc d’alimentation linéaire ? - Transformation d’une tension CA en une valeur plus appropriée Redressement de la tension CA en tension CC Filtrage de la tension pour minimiser les ondulations Régulation le charge et de ligne Isolation électrique entre l’entrée et la sortie 2- Quels sont les types de redressement employés dans les blocs d’alimentation ? - - Monophasé : On utilise une seule diode, pour la simplicité. Application de peu de puissance, Coût inférieur. Prise médiane : 2 diode, pleine onde (2 phases), permet moins d’ondulation . Une seule diode dans le chemin entre le transfo et le condensateur de filtrage. Nécessite un transformateur avec prise médiane « center tap ». En pont : 4 diodes ,Pleine onde « full wave », Nécessite un transformateur simple. Plus de perte au niveau des diodes Synchrone : nécessite un circuit complexe. Permet de minimiser les pertes. 3- Définissez ce qu’est un écran Faraday « Faraday shield » ? - Dispositif installé entre le primaire et le secondaire permettant court-circuiter les courants de fuite (CA) à la masse. 4- Décrivez les fonctions d’un régulateur linéaire moderne? - Fournir une tension de sortie constante en fonction des variations des tensions d’entrées et des courants de charge. Suppression de l’ondulation. Offrir un protection contre les court-circuits. 5-Quel topologie de convertisseur doit stocker une quantité d’énergie importante dans le transformateur. ? Le convertisseur flyback 6- Pourquoi la gamme de tension des SMPS est de beaucoup supérieure à celle des A.L. ? - Puisqu’elle l’efficacité n’est pas affecté pas la différence de tension entre l’entrée et la sortie, ce qui n’est pas le cas avec les régulateurs linéaires. 7- Quelle est l’avantage d’avoir un plus grande de tension à l’entrée d’une alimentation ? Permet une plus grande diversité d’application Permet de résister mieux au « brown-out »en accumulant + d’énergie dans les condensateur de filtrages E=1/2*cv2 8- Qu’est ce qu’un convertisseur de type « off line » ? Il fonctionne directement à la tension C.A. du secteur (120 ou 240 selon le cas) sans passer par un transformateur abaisseur. Le C.A. est redressé et filtré pour former une tension C.C. Il n’est donc pas isolé. 9- Comment peut-on assurer « l’universalité » d’un bloc d’alimentation? Puisque d`un pays à l’autre la tension et la fréquence du secteur peut varier. a) On utilise un « bootstrap » à la sortie du pont redresseur d`un bloc « offline» permettant de doubler la tension lorsque la tension passe de 240V à 120V C.A. b) En commutant à haute fréquence on évite l’emplois d’un transformateur 50 ou 60Hz c) Le condensateur de filtrage est prévu pour la fréquence la plus basse (50Hz) 10- Quel est le rôle des « bleeding resistors »? Montrez un exemple. De s’assurer que les condensateurs, placés en série, se chargent à la même tension. Ce qui permet l’emplois de condensateur à plus basse tension, permettant une économie d’espace et de coût. 11- Dans un bloc d’alimentation à sortie multiples, pourquoi la sortie 5V est-elle souvent la seule à être régularisé? 12-Comment peut t’on régulariser les autres sorties alors ? Par l’ajout de « post regulators », c.-à-d. des régulateurs linéaires. 13-Quel types de condensateurs sont employés dans les SMPS? On utilise normalement des condensateurs électrolytique possédant un « ESR » très faible. Les condensateurs électrolytiques sont employés car sont ceux qui offre le meilleur rapport capacité/espace en fonction du coût. Puisque que de grands courants sont commuté la résistance série équivalente pour éviter les pertes I2R, soit un sur échauffement des condensateurs. 14- À l’aide de condensateurs, de diodes et de bobines, dessinez, par cœur, les schémas des régulateurs de type Buck, Boost et Invert. Voir notes pour solutions. 15-Expliquez le rôle du filtre Balun et Pi. Le Balun filtre le bruit (EMI) en mode commun. Le Pi filtre le bruit en mode différentiel. 16- Montrez quelles tensions qu’on devrait mesurer aux bornes(3) d’une prise C.A. 120V 15A et décrivez chacun des signaux. Du vivant « live » au neutre 120V, du « live » au ground ~ 120V, du neutre au ground ~ 0V (max.4V). 17- Quels critères déterminent le choix d’un condensateur dans un bloc d’alimentation (par rapport à C et V) On sait que Q=CV I=Q/T. Puisque les condensateurs servent normalement au filtrage dans ces applications. dV/dT= I/C ou encore C= I/(dVF) Donc la capacité est directement proportionnelle au courant de charge(I) et inversement proportionnelle à la fréquence(F) et à l’ondulation maximale (dV) La taille du condensateur étant directement proportionnelle à la capacité et la tension maximale du condensateur. Puisque l’espace est souvent très limité, il est important de limiter ces paramètres. 18- Pourquoi la taille du condensateur est directement proportionnelle à la capacité et la tension maximale du condensateur? Le condensateur est formé de deux conducteur (feuilles métalliques) séparer par un isolant. Plus V maximum est grand plus l’espace occupé par l’isolant est grand (pour un type d’isolant donné). Plus C est grand, plus la surface est grande. 19- Expliquez le rôle d’un circuit « crowbar ». C’est un circuit protecteur qui est normalement placé en parallèle avec la sortie d’un bloc d’alimentation (ou en parallèle avec le circuit de contrôle de la sortie ). En temps normal, son effet ne se fait pas sentir. Toutefois, lorsque la tension à la sortie s’élève trop, il se met à conduire (basse impédance) et « shunt » la sortie protégeant ainsi les composantes qui sont reliés au bloc. Si le bloc n`est pas muni d’une limitation de courant, on place, normalement, un dispositif de protection (fusible, disjoncteurs, polyswitch, etc..) en série avant le crowbar. 20- Qu’entend-t-on par « auto bootsrap »? C’est un circuit qui effectue la connexion du boostrap de façon automatique. Le circuit détecte la tension d’entrée et établi la connexion en conséquence : « On » ( X2) si Vi=120V et « off » (X1) si Vin=220V 21- Définissez les termes E.M.I et R.F.I. E.M.I.: Electromagnetic interference. Bruit qui circule dans les fils « conducted ». R.F.I: Radio frequency interference. Émission d’onde électomanétique parasites. Ce bruits sont normalement générés par des dispositifs qui commutent de gros courants, tels les blocs d’alimentation à découpage, moteurs et autres. Ces bruits peuvent nuire au fonctionnement de certains appareils plus sensible. 22- Pourquoi l’efficacité des régulateurs à découpages (SMPS) est elle supérieure à celle des régulateurs linéaires? Puisque P=V*I , tout dispositif qui possède une tension et un courant simultanément dissipe de la puissance, sous forme de chaleur. Dans les alimentations à découpages, puisque les courants sont commutées, ils existe soit une tension , soit un courant dans l’élément de conduction principal (en l’occurrence, les transistors de puissance) mais jamais les deux en même temps. La puissance moyenne dissipée est alors 0 (en théorie). Toutefois, il existe certaines pertes lors des transitions . Les autres pertes sont attribuées au parasites des composantes passives (Bobines, transformateurs, résistances,diodes, condensateurs, tracés de cuivre, etc…). Alimentations suppléantes « UPS » 1- Esquissez le diagramme en bloc d’un UPS de type « offline ». Voir notes 2- Pourquoi le «transfert time » d’un UPS doit être inférieur au «hold-up time » de l’inverseur ? Car après le hold-up time, il sera trop tard et la sortie C.A. va s’interrompre pendant un certain temps. 3- Considérant que le temps de transition « transfert time » soit supérieur au « hold-up time » que va t’il se passer. La sortie C.A. va s’interrompre pendant un certain temps. 4- Quel est l’avantage des UPS de type interactif «line interactive » par rapport au type « online » ? Ce dernier possède un Automatic Voltage Stabiliser qui compensera lors de « sag » et « brownouts » ce qui économise l’énergie accumulé dans les accumulateurs pour les vrais pannes de courant « black-out ». 5- Que remarque t’on de la tension de sortie des UPS « offline » bon marché ? Plutôt que d’être sinusoïdale, l’onde de sortie est souvent carré, ce qui n’est pas compatible avec plusieurs appareils électriques.
