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T. LEQUEU Jeudi 10 mars 2005 1 Les Alimentations Électroniques Thierry LEQUEU -

T. LEQUEU Jeudi 10 mars 2005 1 Les Alimentations Électroniques Thierry LEQUEU - IUT GEII de Tours thierry.lequeu@univ-tours.fr T. LEQUEU Jeudi 10 mars 2005 2 Plan de l’étude des alimentations 1. Alimentations faible puissance non isolées 2. Alimentations à isolation BF 3. Régulation linéaire 4. Régulation à découpage 5. Alimentations à découpage 6. Comparaison découpage / linéaire 7. Bibliographie T. LEQUEU Jeudi 10 mars 2005 3 Principes de conversion DC DC Secteur (230V 50Hz) AC Redresseur + filtrage Tension continue AC DC Secteur (230V 50Hz) DC DC non isolé AC AC Transformateur "BF" Redresseur + filtrage Tension non régulée Tension régulée AC DC Secteur (230V 50Hz) DC DC AC AC Transformateur "HF" Redresseur + filtrage "BF" Tension régulée Onduleur "HF" AC AC Redresseur + filtrage "HF" T. LEQUEU Jeudi 10 mars 2005 4 Plan de l’étude des alimentations 1. Alimentations faible puissance non isolées 2. Alimentations à isolation BF 3. Régulation linéaire 4. Régulation à découpage 5. Alimentations à découpage 6. Comparaison découpage / linéaire 7. Bibliographie T. LEQUEU Jeudi 10 mars 2005 5 1) Alimentations directes sur le secteur faible puissance non isolées V = 230 V / 50 Hz H. SCHREIBER, page 55. V = 230V / 50 Hz U = 12V DC P. MAYE, page 426. Isurge 2 V 1 R = ax Im 2 V 1 C = T. LEQUEU Jeudi 10 mars 2005 6 1) Applications des alimentation directes Circuit de commande (uP) Alim. v +5V TRIAC Charge • Électroménager : réfrigérateur, lave vaisselle, four,… • Électroportatif : perceuse, aspirateur,… Secteur 230 V 50 Hz ou 120 V / 60 Hz Pilotage de TRIAC en T.O.R (relais) ou gradateur T. LEQUEU Jeudi 10 mars 2005 7 Plan de l’étude des alimentations 1. Alimentations faible puissance non isolées 2. Alimentations à isolation BF Le transformateur BF Le redressement et filtrage capacitif La norme C.E.M. EN61000-3-2 3. Régulation linéaire 4. Régulation à découpage 5. Alimentations à découpage 6. Comparaison découpage / linéaire 7. Bibliographie T. LEQUEU Jeudi 10 mars 2005 8 2) Alimentations à isolation BF R. BAUSIERE, F. LABRIQUE, G. SEGUIER, Vol. 3, DC-DC. T. LEQUEU Jeudi 10 mars 2005 9 2.1) Le transformateur 50 Hz Circuit magnétique avec enroulements couplés : le transformateur i φ n flux n i u u Récepteur Générateur 1 1 1 2 2 2 Primaire Secondaire ( ) fer spire 2 2 1 1 spire 2 2 2 spire 1 1 1 S t B 0 i n i n dt d n e u dt d n e u ⋅ = φ          ≈ ⋅ − ⋅ + φ ⋅ + = − = φ ⋅ + = − = Attention aux conventions ! T. LEQUEU Jeudi 10 mars 2005 10 2.1) Le transformateur 50 Hz Schéma équivalent complet          = = φ ⋅ + = φ ⋅ + = 1 2 1 2 spire 2 2 spire 1 1 n n ' u ' u m dt d n ' u dt d n ' u ( )        ⋅ − ⋅ + = ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ µ ⋅ µ = ⋅ = φ ∑ ∫ 2 2 1 1 fer fer fer r 0 fer spire i n i n L H I n dL H H B S t B          ⋅ µ ⋅ µ = ℜ φ ⋅ ℜ = ⋅ ⋅ − ⋅ + = ⋅ fer r 0 fer 10 1 2 2 1 1 10 1 S L i n i n i n i n r i u 1 1 1 1 l 10 2 F 1 i m.i R L m n n = u'1 u' = m.u' 2 r i u 2 2 2 2 l 1 T. LEQUEU Jeudi 10 mars 2005 11 2.1) Le transformateur 50 Hz Schéma équivalent simplifié à flux forcé          ⋅ µ ⋅ µ = ℜ φ ⋅ ℜ = ⋅ ⋅ − ⋅ + = ⋅ fer r 0 fer 10 1 2 2 1 1 10 1 S L i n i n i n i n i u 1 1 10 2 F 1 i m.i R L m u' = m.u' 2 r i u 2eq 2eq 2 2 l 1      ⋅ + = ⋅ + = 1 2 2 eq 2 1 2 2 eq 2 r m r r l m l l          = = φ ⋅ + = φ ⋅ + = 1 2 1 2 spire 2 2 spire 1 1 n n ' u ' u m dt d n ' u dt d n ' u 2 eq 2 2 eq 2 2 i r dt di l U ⋅ + ⋅ = δ T. LEQUEU Jeudi 10 mars 2005 12 2.2) Le redressement double alternance R L v L vr iR r v i vred C R L v L iC vr iR r v i ired vred L π = 2 V 2 V eff red T. LEQUEU Jeudi 10 mars 2005 13 2.2) Le filtrage capacitif C R L v L iC vr iR r v i ired vred          = = = = = A 5 I V 24 V ms 20 F 1 T Hz 50 F R eff T V C I dt dv C i red C ∆ ∆ = ⇒ ⋅ =              = ≈ ∆ ≈ − = ⋅ − = ⋅ = = = ms 10 2 T T et V 1 à 6 , 0 V 2 dV V V V 2 2 V V V % 5 dV I Is I D C max C Cmoy D eff max C max C R C dV 2 T Is V T I C ⋅ ⋅ ≈ ∆ ∆ ⋅ = T. LEQUEU Jeudi 10 mars 2005 14 2.3) Contraintes sur le redresseur P. MAYE, page 66-69. Redressement à point milieu – Cas particulier d’une faible ondulation v V RED n1 e1 e2 n2 n2 V 1 à 6 , 0 V V , E V U cos Arc D 0 M 0 0 ≈ =         + = α ( ) ( ) ( ) ( ) α ⋅ α − α ρ ⋅ π = = cos sin E I I M 0 D AV F D r r Rs avec + + = ρ ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) α ⋅ α − α α ⋅ α + α ⋅ α ⋅ − α ⋅ π = cos sin cos 2 sin cos 3 2 I I 2 0 D RMS F T. LEQUEU Jeudi 10 mars 2005 15 2.3) Contraintes sur le redresseur Valeur maximale du courant dans une diode : ( ) ( ) α − ⋅ ρ = = cos 1 E I I M crête D FRM ρ − = = 0 M max D FSM V 2 ' E I I Courant dans une diode au démarrage : T. LEQUEU Jeudi 10 mars 2005 16 2.3) Note sur le calcul du condensateur En tenant compte de l’angle de conduction :       π α − ∆ ⋅ = 2 1 U F I C max 0 max 0 min Note sur la tension du réseau : La norme EN 50 160 précise : Veff = 230 V à ± 10% soit Veffmin = 207 V et Veffmax = 253 V Avec des creux de tension de –15% : Veffmin = 195 V Cas d’une alimentation 240V : Veffmin = 216 V et Veffmax = 264 V max 0 max 0 min U F 2 I V T I C ∆ ⋅ ⋅ ≈ ∆ ∆ ⋅ = Approximation linéaire : T. LEQUEU Jeudi 10 mars 2005 17 2.3) Cas du transformateur à un secondaire avec un pont de Graetz (ondulation faible) P. MAYE, page 66-69. Courant dans le secondaire du transformateur : ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) α ⋅ α − α α ⋅ α + α ⋅ α ⋅ − α ⋅ π = cos sin cos 2 sin cos 3 4 I I 2 0 2 ( ) série en diodes 2 ' E V 2 U cos Arc avec M 0 0         + = α C F 4 I V 2 ' V 2 U V 2 ' V U 0 0 M 0 M 0 ⋅ ⋅ − ⋅ − = ∆ − uploads/Ingenierie_Lourd/ alimentations-electroniques.pdf