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Fonctionnement d’une alimentation (1ère partie)

1 : Introduction 2 : Pourquoi du découpage ? 3 : Comment découpe-t-on une tension ? 4 : Fonctionnement 5 : Approfondissements des composants 6 : Approfondissements des composants (suite) 7 : Topologies de fonctionnement 8 : Topologie en demi-pont 9 : Topologie en demi-pont (suite) 10 : Topologie en conduction directe 12 : Point de vue global sur l'alimentation, modifs à éviter 13 : Rendement électrique 14 : Rendement électrique : améliorations possibles 15 : Rendement électrique : remise en cause et évolution

Topologie en conduction directe (suite)

On commence avec la première étape et l’on suppose que le condensateur est déjà chargé au maximum. On ne s’occupe pas de son rechargement non plus, ça n’a pas d’intérêt :

Image 1 : Fonctionnement d'une alimentation (1ère partie)

Le condensateur C est connecté sur le primaire pendant le temps où T1 et T2 sont passants. On génère donc une impulsion au primaire, qui se retrouve sur le secondaire. Vu le sens de parcours dans le transformateur, la diode D1 est passante et D2 est bloquée à cause de la tension inverse à ses bornes. L’énergie de cette impulsion va alors directement vers la charge en passant par D1, puis L et le filtre. L’inductance L se charge en même temps d’une certaine quantité d’énergie sous forme magnétique et de même pour le condensateur qui se charge si besoin est. Il ne reste qu’à boucler pour revenir par la masse vers le secondaire.

On arrive juste à l’instant où T1 et T2 se bloquent, c’est l’étape 2. Dans cette étape, il y a en fait 2 sous-étapes qui se font simultanément de chaque côté du transformateur :

Image 2 : Fonctionnement d'une alimentation (1ère partie)

Du côté réseau à gauche, il est temps de démagnétiser le transformateur et c’est D3 et D4 qui donnent le sens de marche pour envoyer le courant résiduel vers le condensateur C. A droite, les circuits de sortie sont alors entièrement coupés du monde. C’est encore à l’inductance L d’assurer le transfert énergétique en redistribuant l’énergie qu’elle a emmagasiné au cycle précédent et au condensateur en sortie à maintenir la tension. La diode D1 se bloque alors et la diode D2, appelée « diode de roue libre », devient passante. Cette diode D2 n’est là que pour imposer le sens et refermer la boucle pour que l’énergie emmagasinée par L assure la continuité du transfert énergétique vers la charge, le temps qu’une nouvelle impulsion soit générée. L’étape de démagnétisation se termine un peu avant la sous-étape de droite pour être certain d’avoir démagnétisé intégralement. Il suffit alors de renvoyer une impulsion et le cycle se poursuit à l’étape 1 et ainsi de suite.

Ce choix a une limitation contraignante au niveau du temps de conduction Ton des transistors. Ils ne peuvent pas rester passants plus de 50 % du temps sur une période T (en fait un peu moins pour avoir une marge de sécurité) car il faut laisser le temps au transformateur de libérer son énergie résiduelle sinon c’est la saturation assurée. Il faut quasiment autant de temps pour le charger que pour le décharger intégralement. Cela limite la quantité d’énergie que les transistors peuvent délivrer en une impulsion car il y a beaucoup de temps mort par rapport au demi-pont. Tout cela limite la puissance que l’alimentation peut délivrer.

Pour être efficace, Seasonic découpe à haute fréquence (100 kHz au lieu des 64 kHz obtenus classiquement avec le demi-pont). On envoie moins d’énergie à chaque impulsion, mais on en envoie beaucoup plus par unité de temps. Seasonic affirme que cette topologie est un peu plus efficace que celle en demi-pont, c’est vrai en général, mais il y a tellement de facteurs extérieurs qui interviennent qu’il est délicat de dire laquelle est réellement mieux suivant les conditions. La nature des composants utilisés, la fréquence de découpage, le temps d’utilisation des transistors, le choix du transformateur figurent parmi les variables à prendre en compte pour tenir de tels propos. Le gain en rendement sur le convertisseur DC-DC seul n’excède pas quelques % de toute façon, mais c’est toujours ça de gagné.

Sommaire :

  1. Introduction
  2. Pourquoi du découpage ?
  3. Comment découpe-t-on une tension ?
  4. Fonctionnement
  5. Approfondissements des composants
  6. Approfondissements des composants (suite)
  7. Topologies de fonctionnement
  8. Topologie en demi-pont
  9. Topologie en demi-pont (suite)
  10. Topologie en conduction directe
  11. Topologie en conduction directe (suite)
  12. Point de vue global sur l'alimentation, modifs à éviter
  13. Rendement électrique
  14. Rendement électrique : améliorations possibles
  15. Rendement électrique : remise en cause et évolution