Circuits d`alimentation
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Circuits d’alimentation http://en.wikipedia.org/wiki/Switched-mode_power_supply http://ww.powersystemsdesign.com/design_tips_nov06.pdf Traduit et adapté de l’anglais Mounir Boukadoum Différents types Conversion CC-CC : modifie et stabilise de tension ou courant Rectification CA-CC : produit une tension CC à partir d’une source CA Inversion DC-AC : produit une tension AC à partir d’une source CC Cyclo-conversion CA-CA : modifie une tension CA et/ou sa fréquence Traduit et adapté de l’anglais Mounir Boukadoum Niveaux de puissance Niveaux de puissance rencontrés dans les alimentation à haut rendement : • < 1 W dans les équipements portatifs à alimentation par batteries • une dizaine de W à des dizaines de kW dans les alimentations d’ordinateurs, dans les équipements de bureau, et dans les appareils électroménagers • kW à MW dans les moteurs • 1 GW et plus pour les rectificateurs et inverseurs utilisés dans les lignes de transmission électriques Traduit et adapté de l’anglais Mounir Boukadoum Un régulateur est invariablement requis Traduit et adapté de l’anglais Mounir Boukadoum L’efficacité énergétique est essentielle • • Traduit et adapté de l’anglais Mounir Boukadoum Le taux de rendement mesure la performance du convertisseur Une valeur proche de 1 signifie un convertisseur avec peu de pertes • Peu de pertes => peu de dissipation de chaleur => faibles dimensions physiques Composants utilisés Traduit et adapté de l’anglais Mounir Boukadoum Composants utilisés • Les inducteurs et les transformateurs ne sont pas désirables dans les alimentation servant à des circuits de traitement du signal • Générateurs d’interférence électromagnétique Traduit et adapté de l’anglais Mounir Boukadoum Composants utilisés • Dans les alimentations de grande puissance, ce sont les dissipateurs de chaleur qu’il faut éviter Traduit et adapté de l’anglais Mounir Boukadoum Pertes de puissance dans un commutateur idéal • Commutateur fermé : • Commutateur ouvert : • Dans les deux cas : Un commutateur idéal dissipe 0 W ! Traduit et adapté de l’anglais Mounir Boukadoum Exemple d’un convertisseur CC-CC Tension d’entrée : 100 v Charge : 50 V 10 A (500 W) Comment le réaliser ? Traduit et adapté de l’anglais Mounir Boukadoum Exemple d’un convertisseur CC-CC • Réalisation par dissipateur passif : diviseur de tension Traduit et adapté de l’anglais Mounir Boukadoum Exemple d’un convertisseur CC-CC • Réalisation par dissipateur actif : transistor de puissance en montage série • = 0.5 autant dans le dissipateur résistif que à transistor ! (puisque le courant de sortie est égal à celui d’entrée) Traduit et adapté de l’anglais Mounir Boukadoum Exemples de mise en œuvre Régulateur de base à référence par diode zener Traduit et adapté de l’anglais Mounir Boukadoum Version à faible bruit Exemples de mise en œuvre Circuit à meilleure régulation Alimentation avec régulateur commercial Peut-on améliorer en effectuant une conversion de puissance ? Traduit et adapté de l’anglais Mounir Boukadoum Utilisation d’un commutateur PSCD D : cycle de travail du commutateur (duty cycle) 0 D 1 Ts : période de commutation fs : fréquence de commutation (1/ Ts) Composante DC de vs(t) = valeur moyenne : • La tension de sortie moyenne est réglable entre 0 et vg : vs = Dvg PSCD : pôle simple, circuit double Traduit et adapté de l’anglais Mounir Boukadoum Ajout d’un filtre à la sortie (pas de R!) Le filtre passe bas L-C élimine les composantes harmoniques dues à la commutation tout en conservant la valeur DC • Choisir une fréquence de coupure fc << fs • Montage appelé « buck converter » en anglais ; utilisé lorsque la tension d’entrée est supérieure à la tension de sortie désirée • La tension de sortie est vs = Dvg Traduit et adapté de l’anglais Mounir Boukadoum Réalisation du commutateur PSCD 1 2 • Réalisé à l`aide d’un transistor CMOS et d’une diode Schottky Traduit et adapté de l’anglais Mounir Boukadoum Ajout d’un contrôleur pour la régulation • Le circuit de contre-réaction modifie D en fonction des valeurs mesurées de vs afin de le maintenir constant Traduit et adapté de l’anglais Mounir Boukadoum Le convertisseur « boost » Permet d’obtenir une tension de sortie supérieure à la tension d’entrée. iL • Le courant moyen dans l’inducteur durant une période T est nul : • La variation de courant durant DT est la même que durant (1-D)T : 1 1 DTv g (1 D)T (v g vs ) L L • Par conséquent : vs 1 et on a vs vg vg Traduit et adapté de l’anglais Mounir Boukadoum 1 D Le convertisseur « buck/boost » Permet d’obtenir vs >, < ou = à vg, mais de polarité opposée De Traduit et adapté de l’anglais Mounir Boukadoum 1 1 DTv g (1 D )Tvs L L on tire que vo D vg 1 D Le convertisseur « SEPIC » • • • • “Single ended primary inductor converter” Permet d’obtenir vs >, = ou < à vg, et de même polarité Utile dans les systèmes alimentés par batterie Variation du convertisseur « boost », lequel permet seulement d’avoir vg < vs (puisque vs=vg+vl) normalement vg vs • Règle le problème posé par vg > vs en isolant les deux tensions avec un condensateur et en fermant le circuit de vg avec un deuxième inducteur durant le cycle de décharge. vg Traduit et adapté de l’anglais Mounir Boukadoum vs Le convertisseur « SEPIC » Q1 • À l’équilibre, Q1 est ouvert, vL1 = vL2 = 0 et vc1 = vg • Le courant moyen dans les deux inducteurs étant nul, sa variation durant DT et (1-D)T est identique. On a pour L1 : 1 1 1 vg DT (vs vd vc p v g )(1 D)T (vs vd )(1 D)T L1 L1 L1 d’où v s v d D vg 1 D • On remplace souvent les deux inducteurs par un transformateur 1:1 Traduit et adapté de l’anglais Mounir Boukadoum L’onduleur à simple phase Traduit et adapté de l’anglais Mounir Boukadoum • Permet d’obtenir un courant alternatif à partir d’une source de courant continu • Le pont en H (« H-bridge ») permet la modulation par largeur d’impulsion (PWM) de Vg en allant de la borne + à la borne –, et vice-versa. Le circuit RLC filtre le signal modulé pour produire une composante sinusoïdale de 50 ou 60 Hz à ses bornes. Circuit d’alimentation d’un ordinateur portable Traduit et adapté de l’anglais Mounir Boukadoum Circuit d’alimentation d’un véhicule électrique Traduit et adapté de l’anglais Mounir Boukadoum Circuit d’alimentation d’un satellite Traduit et adapté de l’anglais Mounir Boukadoum Alimentations par glanage d’énergie • • Utilisent des capteurs actifs associés à des convertisseurs DC‐DC Les puissances générées (uW‐mW) et les rendements des convertisseurs sont faibles en général • Traduit et adapté de l’anglais Mounir Boukadoum Néanmoins, on peut charger des batteries ou des supercondensateurs pour fournir une puissance de courte durée entre les charges
