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 :
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 :
S
E
E
S
i
i
V
V
N
N
K===
1
2
2.1.2 PUISSANCE DU TRANSFORMATEUR (EN VOLT/AMPERE) :
Dans le primaire : EEE iVP ∗= ; Dans le secondaire : SSs iVP
∗
=
VI
GND
VO
L7812
TF61
C61
F61
FUSE
220V AC
220V AC
VS
OV
D61
D62
D63
D64

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2.1.3 RENDEMENT :
E
S
P
P
=
η En théorie : η=1, en pratique η=0.8
TRAVAIL DEMANDE :
Le transformateur fournit au secondaire, une tension alternative sinusoïdale d’amplitude efficace 18V.
a. Donner le rapport de transformation en %.
b. La puissance du transformateur utilisé est : 25 VA. Calculer la valeur du courant IS.
c. Si η = 0.8, calculer le courant IE
d. 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 :
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=470Ω) en vue d’observer la sortie de la fonction.
a. Câbler le pont de diode et la charge puis appliquer le signal prévu.
b. Visualiser puis relever les signaux V et UR en précisant toutes les amplitudes.
c. Commenter la forme du signal aux bornes de la charge puis compléter le tableau ci-dessous :
Signe de V Diodes conductrices
Pour chacun des cas, faire un schéma en indiquant le sens du courant.
d. 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.
Tension maximum : UU U
RMAX MAX DSeuil
=−2*
Tension moyenne :
UU
RMOY
RMAX
=2
π
Tension efficace :
UU
Reff
RMAx
=2
Fréquence de UR : ff
Ur U
=
2*

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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.
Sa valeur moyenne peut être considérée comme égale à: UUU
MOY
MAX MIN
=
+
2
L'ondulation autour de cette valeur moyenne est: MINMAX UUU
−
=
∆
Le taux d'ondulation de la tension filtrée est le rapport:
MOY
U
U
∗
∆
=2 τ
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 :
Lorsque l’ondulation est faible, l’exponentielle de décharge peut être assimilée à une droite (droite AB sur le graphe ci-
dessous):
• 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
capacité du condensateur de filtrage :
MINCMAXC UU
TI
C−
∗
=
Avec I le courant débité par l’alimentation et F
T*2
1
= avec F égale le plus souvent à 50 Hz
TRAVAIL DEMANDE :
A la sortie du pont de diode câblé précédemment on remplace la charge R par des condensateurs de valeurs différentes.
a. 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.
b. Prendre quelques valeurs de capacités (au moins 5) et compléter le tableau ci-dessous :
0
RC t
Ucmax
Ucmin
Ucmoy
Uc(t) en volts
A
B
C

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Valeur de C UcMAX UcMIN UcMOY Ondulation Taux
d’ondulation
Qualité du
filtrage
c. 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).
d. Justifier la présence de la fonction FS3 au sein de l’alimentation.
2.4 FS4 : FONCTION REGULATION
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 (VDVmin= (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).
RÉGULATION 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).

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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 :
θ
∆
+
∆
+
∆
=∆ .S I.R V.SVS TLOAD0EV
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).