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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 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 (suite)

On commence avec la première étape et l’on suppose que les condensateurs sont déjà chargés au maximum. On ne s’occupe pas de leur rechargement car ça complique tout :

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

Le condensateur C1 est d’abord connecté au primaire, il libère alors une petite quantité d’énergie durant le temps où T1 reste passant. Cette énergie est transmise instantanément au secondaire par le flux magnétique qui se développe dans le transformateur et part directement vers la charge en passant par D1, puis L et le filtre de sortie. L’inductance L se charge en même temps d’une certaine quantité d’énergie magnétique et de même pour le condensateur qui se charge si besoin est. Il reste à boucler pour revenir par la masse vers le point milieu du secondaire. Cette étape n’aura duré que quelques microsecondes.

Suivant le graphe temporel du dessus, l’étape 2 est celle où T1 vient juste de se bloquer (T2 est aussi bloqué), on laisse alors passer un petit temps mort Td avant de déclencher T2 :

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

Durant ce laps de temps Td, la sortie est complètement isolée du réseau. C’est l’inductance L qui va être seule pour alimenter la charge en courant avec le peu d’énergie qu’elle a emmagasinée, en attendant qu’une impulsion revienne pour la recharger. Le condensateur en sortie s’occupe aussi de fournir de l’énergie à la charge en maintenant la tension à son niveau. Comme l’enroulement secondaire est isolé et non polarisé par le primaire, la diode D2 n’a plus de tension inverse à ses bornes, elle peut donc devenir passante. Le courant continue alors sa boucle et se divise en 2 pour passer dans les 2 diodes en même temps. On voit le décrochage résultant sur le graphe temporel avec un Id/2 pour les 2 diodes durant le temps Td. Ce courant diminue doucement car l’inductance n’a pas beaucoup d’énergie à fournir.

C’est maintenant au tour de T2 de rentrer en action en devenant passant, c’est l’étape 3 :

Image 3 : Fonctionnement d'une alimentation (1ère partie)

Cette fois, c’est C2 qui s’occupe de fournir l’énergie nécessaire à la charge en passant par D2, L et le filtre de sortie, puisque l’enroulement primaire a été emprunté dans le sens inverse. On recharge L et C en même temps qu’on alimente directement la charge. Cette façon d’alimenter le transformateur, une fois dans un sens et une fois dans l’autre, permet de se passer d’une étape obligatoire de démagnétisation du transformateur car, comme une inductance, il emmagasine une certaine énergie magnétique en son sein. Si elle n’est pas libérée, elle va s’accumuler jusqu’au phénomène de saturation qui entraîne très vite la destruction des transistors à cause du pic de courant qui se forme (le transformateur n’assure plus sa fonction).

Le cycle est presque terminé et il reste l’étape 4 à accomplir. Une fois que T2 se bloque, on se retrouve en fait exactement comme à l’étape 2 avec un nouveau temps mort Td qu’il faut combler grâce à L en attendant de retourner à l’étape 1 et ainsi de suite.

Au final, il y a peu d’interruption dans le cycle des impulsions du fait de la répartition entre les 2 transistors. On dit que c’est un convertisseur DC-DC symétrique et l’on peut alors utiliser un transformateur plus petit car on double la fréquence des impulsions sans trop forcer sur les transistors, contrairement à la topologie suivante. De plus, comme on ne perd pas de temps à devoir démagnétiser le transformateur, grâce aux 2 sens de parcours dans le primaire, on peut concevoir des alimentations de forte puissance avec seulement 2 transistors qui se partagent le travail.

La seule vraie limitation à respecter impérativement est de ne jamais avoir plus de 50 % de rapport cyclique (Ton/T > 0.5) sur les transistors. Ca signifierait que T1 et T2 sont passants en même temps (Td n’existe plus et serait même négatif si cela avait un sens), ce qui n’est ni plus ni moins qu’un court-circuit direct sur la tension d’entrée et c’est alors la mort instantanée des transistors en général.

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