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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 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

Topologie en demi-pont

On peut citer certaines alimentations Tagan, LC Power, Thermaltake, Fortron (non exhaustif) qui utilisent cette topologie pour alimenter le transformateur. C’est de loin la plus classique car l’une des plus anciennes. Voici son schéma électrique, avec une seule tension représentée et un étage de filtrage en sortie simplifié :

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

Vin est la tension délivrée par le PFC ou le pont de diodes s’il n’y a pas de PFC. Vout est la tension de sortie et R représente la charge imposée à cette ligne, par exemple un processeur qui demande un courant égal à Iout.

Elle utilise 2 transistors T1 et T2 (technologie bipolaire ou MOSFET) qui fonctionnent en alternance (une fois l’un, une fois l’autre). Ceux-ci connectent respectivement les condensateurs réservoirs C1 et C2 en alternance sur l’enroulement primaire du transformateur. Ces 2 condensateurs sont les 2 grosses capacités (200 V et 600-1000 µF) que l’on trouve près du premier radiateur et de l’étage de découpage. Plus l’alimentation est puissante, plus ils doivent être gros afin d’emmagasiner et délivrer une énergie suffisante pour un certain nombre de cycles de découpage. Ils sont sans cesse en train de se remplir et de se vider en partie.

Le fonctionnement général s’opère en 4 phases, dont 2 sont identiques quand les 2 transistors sont bloqués en même temps. On commence par donner les évolutions temporelles des courants afin d’avoir les notations associées pour la suite de la description :

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

On retrouve l’alternance sur les transistors avec les courants IT1 et IT2 qui traversent respectivement T1 et T2. On note qu’il y a un petit temps mort, noté Td, entre chaque commutation pour éviter le chevauchement des états.

Vu la symétrie du montage et l’alternance du découpage, la tension qui sortira du secondaire sera alternative et en forme de créneau. On travaille seulement avec une tension au primaire qui vaut Vin/2 (de l’ordre de 160-180 V) puisque les 2 condensateurs sont montés en série, le tout en parallèle sur l’entrée Vin. Il est normalement plus efficace d’attaquer le primaire avec Vin au lieu de Vin/2, on peut ainsi faire transiter plus de puissance avec moins de courant, donc moins de pertes (ce que fera la topologie suivante).

La fréquence de découpage d’un transistor a été mesurée sur une Tagan U01 à 32 kHz, donc comme on travaille sur 2 transistors décalés, le transformateur travaille à 64 kHz (64000 impulsions par seconde). Le transfert d’énergie sera direct, le transformateur fonctionne en transformateur et non pas en inductances couplées où l’on stocke l’énergie sous forme magnétique pour la restituer quand le primaire n’est plus alimenté. En direct, cela veut dire que lorsqu’une impulsion arrive au primaire, elle est directement générée sur le secondaire pour alimenter la charge, sa tension étant proportionnelle au rapport du nombre de spires Ns/Np.

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