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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) 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

Topologies de fonctionnement

A quoi ça sert ?

La topologie c’est la manière de fournir l’énergie aux circuits de sortie par l’intermédiaire du transformateur. Il existe d’innombrables possibilités pour réaliser ce transfert énergétique avec toutes les variantes possibles et imaginables. Chacune a ses avantages, ses inconvénients, ses limitations, sa complexité, son coût, son domaine de prédilection, etc.

Les 2 plus employées pour nous sont celles en « forward » (conduction directe) et en « half-bridge » (demi-pont). La première est destinée à des puissances de quelques centaines de watts en général et la deuxième permet d’aller à 1500-2000 W environ. Au delà, il existe des variantes plus robustes avec du « full bridge » (pont intégral) à 4 transistors, mais on n’en parlera pas.

Elles ont toutes pour but de nourrir le transformateur, qui abaissera la tension qu’on lui injecte, d’une certaine manière suivant ce que l’on souhaite obtenir en sortie :

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

Le choix de la topologie influence surtout le dimensionnement des composants et la manière d’utiliser les pièces magnétiques. C’est en constante évolution pour améliorer le rendement du convertisseur DC-DC. Par exemple, on peut citer les topologies les plus avancées, dites résonantes, qui sont encore plus efficaces, mais nettement plus complexes.

On peut faire une petite parenthèse sur cette topologie très intéressante qui sera peut être utilisée un jour prochain dans nos alimentations… On a vu qu’un transistor provoque des pertes lorsqu’il commute (passant->bloqué ou bloqué->passant), or plus on veut découper rapidement pour diminuer la taille des composants, plus les pertes par commutation du transistor augmentent car elles sont liées à la fréquence. Les pertes des autres composants diminueront grâce au découpage plus rapide, mais le rendement global diminuera quand même à cause des transistors. On est donc contraints de devoir découper à une fréquence raisonnable pour garder le meilleur compromis possible. On pourrait faire bien mieux si ces pertes n’existaient pas et c’est là que les topologies résonantes interviennent. A chaque commutation, on va faire en sorte d’annuler la tension ou le courant vu par le transistor pour ne pas avoir la présence simultanée des 2 grandeurs : il commute alors sans pertes (ou très peu) ! Plus grand chose ne s’oppose alors à la montée en fréquence, à la diminution de l’encombrement, à l’augmentation du rendement, etc. Fin de la parenthèse.

L’optimisation d’une alimentation à découpage est une tâche ardue car le fait de toucher à une variable induit des changements sur les autres puisque la majorité d’entres elles sont intimement liées. Il est certain que bon nombre de marques d’alimentations n’y connaissent pas grand chose dans ce domaine vu les compétences requises. Elles ne font vraisemblablement que demander à un fabricant chinois telle ou telle caractéristique pour tel prix d’achat sans trop se soucier du reste, à part coller une étiquette à leur nom.

Pour les schémas suivants, on ne tiendra pas compte des conventions générateur-récepteur afin de ne pas embrouiller la compréhension des parcours, ce n’est pas dramatique…

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