Chap 2 : LA CONVERSION DC–DC :Alimentations à découpage

1° Introduction

2° Découpage série (Buck)

3° Découpage parallèle (Boost)

4° Accumulation inductive (Buck & Boost)

5° Accumulation isolée (Flyback)

6° Série isolée (Forward)

7° Accumulation capacitive (Cuck)

1° -

Introduction Une alimentation est un dispositif destiné à fournir en sortie une tension continue régulée à partir d’une source continue ou alternative. Deux technologies de régulation sont possibles : - La régulation linéaire ou « ballast », - La régulation à découpage.

Source non régulée

Sortie régulée

Ballast

régulation

Source non régulée

Sortie régulée

Découpage

régulation

1° -

Introduction - La régulation linéaire ou « ballast »- La régulation à découpage.

Transfo 50 HzAdaptation de la tensionIsolation galvanique

Sortie réguléeRedresseurBasse

tension fort courant100 Hz

régulation

Secteur230 V

~ 50 HzCond.

tamponBasse

tension fort courant

T BallastRégulation

par dissipation

Courant

Tension

Non régulée

RéguléeV

Is

Vs

Pu = Vs.IsPballast = V.Is

Transfo 50 kHzAdaptationIsolation

Sortie =réguléeRedresseur

Basse tension fort courant

50 kHz

régulation

Secteur230 V

~ 50 Hz Cond. tamponHaute tension faible courant

100 Hz

TransistorDécoupageRégulation

RedresseurHaute tension

faible courant100 Hz

Cond. tampon

Basse tension fort courant

50 kHz

temps

Tension

Saturé

TPériode

Trapport cyclique

Bloqué

Vs en moyenne

1° -

Introduction Caractéristiques Découpage Linéaire

Puissance massique 200 à 300 w/kg 10 à 30 w/kg

Puissance volumique 300 W/l 50 W/l

Rendement 60 à 90 % 35 à 55 %

Plage de tension d’entrée

0,5 à 1,2 UN 0,9 à 1,1 UN

Temps de maintien 10 à 100 ms 5 à 10 ms

Régulation dynamique(dépassement – durée)

5% - 1 ms 1% - 50 s

Ondulation résiduelle CàC

1% 0,1%

Perturbations EMI RFI Importantes Négligeable

MTBF 60 000 h 100 000 h

1° -

Introduction

PuissanceVolumique

(€/W)

14

Coûts

Puissances

Découpage

Découpage

Linéaire

Linéaire(W/l)

100

50

Coût

7

Puissance Utile

(W)

0

300

0150

2° - Découpage série (Buck)

t

v

TT0 2T

E

v E2

vL

E1

v E2

vL

VS = E

t

vL

TT0 2T

(1-)E

-E

I

I0

iL

I0

L

ETα)α(1ΔIL

R

L

C

DE

iS

iC

iL

vSv

F, vLK

iE

2° - Découpage série (Buck)

t

TT0

Ii1

I0

t

TT0

I

I0

iD

t

TT0

I iL

I0

t

TT0

I

I0

iL

Ilim

I

VS

E

0

DNI

ILmoy

DI

= 1

= 0

= 0,5

= 0,25

= 0,75

Ilim max=

L2

ETα)α(1I 1

Llim

R

LC

DE

iS

iC

iL

v

S

v

F,

v

L

KiE

2° - Découpage série (Buck)

t

TT0 2T

E1

E2

v

T

t

vL

TT02T

(E-VS)

-VS

I’

iL

T

Lmoy2

S

IETα

L21

EV

VS

E

0

DNI

IS

DI

= 1

= 0

= 0,5

= 0,25

= 0,75

ILSM=

Débit interrompu

R

LC

DE

iS

iC

iL

v

S

v

F,

v

L

KiE

3° - Découpage parallèle (Boost)

vLi1

L

E1

iC

vS

f,

i D

D

iS

K

iK

C RCh

vS

vL

+

-

vD

vS

vL-

+vK

t

vL

TT02T

E

(E -VS)

I

I0

iL

I0

Eα1

1VS

3° - Découpage parallèle (Boost)

Eα1

1VS

t

TT0

IiK

I0

t

TT0

IiL

I0

TT0

iS

t

I

I0

iD

VS

E

0

DNI

IS

DI

= 0

= 0,5

= 0,75

= 0,67

ILSM=

2 E

4 E

3 E

S

2

S IL2

ETα1EV

vLi1

L

E1iC

vS

f,

i D

D iS

K

iK

C RCh

4°- Accumulation inductive (Buck & Boost)

i1

L

E1

iC

vS

f,

vL

iDD

iS

K iL

C RCh

vS

vL

+ -

vD

vSvL

-+

vK

4°- Accumulation inductive (Buck & Boost)

i1

L

E1

iC

vS

f,

vL

i D

D

iS

K iL

C RCh

t

vL

TT02T

E

-VS

I

I0

iL

Eα1

αVS

t

TT0

IiK

I0

TT0

iS

t

I

I0

iD

0

t

TT

I-IS

-IS

iC

4°- Accumulation inductive (Buck & Boost)

i1

L

E1

iC

vS

f,

vL

i D

D

iS

K iL

C RCh

Eα1

αVS

VS

E

0

DNI

IS

DI

= 0

= 0,5

= 0,66

= 0,33

ILSM=

2 E

= 0,60

S

2

S IL2

ETαEV

t

vL

TT02T

E

-VS

I’

iL

T

5°- Accumulation isolée (Flyback)

L

C

D

E

Q

E

Q

L

C

D

L

C

D

E

Q

L

C

D

E

Q

Buck & Boost

5°- Accumulation isolée (Flyback)

D

Tr

CiC

i2i1

v1v2

ER

iS

vS

vT

t

TT0

I1iK

I10

t

TT0

εεL

ε0

TT0

iS

t

I2

I20

i2

Eα1

α

n

nV

1

2S

En démagnétisation incomplète

EIL2

ETα

n

nV

S

2

1

2S

En démagnétisation complète

t

vL

TT02T

n2/n1E

-VS

ε’

iL

T

5°- Accumulation isolée (Flyback)

D

Tr

CiC

i2i1

v1v2

ER

iS

vS

vT

Eα1

α

n

nV

1

2S

En démagnétisation incomplète

EIL2

ETα

n

nV

S

2

1

2S

En démagnétisation complète

VS

E

0

Démagnétisation incomplète

IS

Démagnétisation complète

= 0

= 0,5

= 0,66

= 0,33

ILSM=

2 E

= 0,60

5°- Accumulation isolée (Flyback)

D2

C2

R

Q

iC

iS

iDR

i2iE

v1

v2

vS

E

230 V ~ 50 Hz

C1

C.I.DRIVER

v3

i3D3

C3

vDR

vQ

6°- Série isolée (Forward)

K

D1

D2

D3

LD1L

D2

D3

L

D2

L

Phase active

Roue libre+

démagnétisation

Roue libre

Eαn

nV

1

2S

Lmoy21

2S

IETα

L21

Enn

V

Débit non interrompu dans la bobine

Débit interrompu

50%α

6°- Série isolée (Forward)

K

D1

D2

D3

L

K

= 40%

K

= 40%

D’

7°- Accumulation capacitive (Cuck)

L2ik

vL1

R

L1

C

D

E

iS

iC2

iL1

vSvD

F

vC

iL2ic

iD

vL2

vk