Download - Alimentation Des Systemes
-
8/11/2019 Alimentation Des Systemes
1/59
Alimentation des systmes
lectroniques et informatiques
Jol REDOUTEY
-
8/11/2019 Alimentation Des Systemes
2/59
2
Alimentation des systmes lectroniques
AlimentationSourcednergielectrique
Charge
Lalimentation doit permettre le transfert dnergie de la source vers lacharge de manire sure, fiable, adapte et avec un trs bon rendement.
-
8/11/2019 Alimentation Des Systemes
3/59
3
Rseaux alternatifs Monophas
Europe : 230Veff 50 Hz USA : 115Veff 60 Hz
Triphas Europe : 400Veff 50 Hz
USA : 200Veff 60 Hz Avionique 115Veff 400Hz
Les sources dnergie lectrique
-
8/11/2019 Alimentation Des Systemes
4/59
4
Piles et Batteries de faible puissance Applications
Tlphonie mobile Ordinateurs portables
Radio et lecteurs audio clairage
Technologies des batteries
Plomb , NiCd , NiMH Lithium ion
Les sources dnergie lectrique
-
8/11/2019 Alimentation Des Systemes
5/59
5
Rseaux courant continu Gnrateur
Gnratrice courant continu Alternateur-redresseur Panneaux photovoltaques Chargeur
Batteries
Les sources dnergie lectrique
La source dnergie primaire peut tre thermique, olienne, chimiqueou lectrique.
-
8/11/2019 Alimentation Des Systemes
6/59
6
Batteries 12V automobile 24V Camions, tension de scurit industrielle 28V Avionique 42V vhicule lectrique ( confirmer)
48V tlphonie 96V matriel roulant
Les sources dnergie lectrique
-
8/11/2019 Alimentation Des Systemes
7/59
7
Grande diversit
Exemple : Informatique, radio-tv Multi tensions 3,3V 5V 12V Circuits numriques : tension bien stabilise,
courant variable et lev Circuits analogiques : tension trs bien stabilise,
trs bon filtrage (signaux faibles: RFquelques V,
audio quelques mV) Courant trs variable (moteurs, ventilateurs) Haute tension
Les charges en lectronique
-
8/11/2019 Alimentation Des Systemes
8/59
8
Il ny a pas dalimentation universelle Le choix dpend du contexte technico-
conomique de lapplication Alimentations de laboratoire Alimentations dquipements (OEM) Alimentations sans coupure Alimentations spcifiques ( standard) etc
Ncessit de connatre les caractristiques
techniques de lalimentation
Caractristiques dune alimentation
-
8/11/2019 Alimentation Des Systemes
9/59
9
Exemple de notice technique
-
8/11/2019 Alimentation Des Systemes
10/59
10
Tension nominale (115v/230v commutable) Tolrance sur la tension dentre (10%) Frquence dentre (47-440Hz)
Sous tension de blocage (scurit) Rendement (>80%) refroidissement Sur intensit max la mise en service Facteur de puissance (PFC) Temps de maintien (microcoupures)
Caractristiques dentre
-
8/11/2019 Alimentation Des Systemes
11/59
11
Tension nominale et plage de rglage
Courant maximal et plage de rglage Puissance de sortie (rgime permanent)
Protection surtension Protection surintensit Taux de rgulation (entre & charge)
Stabilit (temps, temprature) Rponse dynamique
Caractristiques de sortie
-
8/11/2019 Alimentation Des Systemes
12/59
12
Ondulation
Bruit et parasites de commutation
Qualit de la tension de sortie
-
8/11/2019 Alimentation Des Systemes
13/59
13
Dimensions, poids, volume (W/kg W/l)
Tempratures de fonctionnement et de stockage Humidit relative Nature du botier (corrosion)
Tenue aux vibrations et aux chocs Type de refroidissement Bruit acoustique
Conformit aux normes (CE, scurit, isolation,CEM, RoHS, )
Caractristiques
environnementales
-
8/11/2019 Alimentation Des Systemes
14/59
14
Alimentation Kepco 5V-120A
-
8/11/2019 Alimentation Des Systemes
15/59
15
Isolement galvanique par transformateur
Conversion AC DC Rgulation linaire ou dcoupage
Alimentations secteur
-
8/11/2019 Alimentation Des Systemes
16/59
16
Redressement - filtrage
Simple alternance
Pont
Doubleur de Latour
-
8/11/2019 Alimentation Des Systemes
17/59
17
230V 115V
Commutation 115V-230V
115V: doubleur de tension 230V: redresseur en pont
-
8/11/2019 Alimentation Des Systemes
18/59
18
Redressement va et vient
Transformateur
Ncessite un transformateur point milieuUne seule chute de tension de diodeBien adapt aux basses tensions - forts courants
-
8/11/2019 Alimentation Des Systemes
19/59
19
ExempleCalcul de la capacit de filtrage
Transformateur 230V -15V
PONT
C R18
Tension secondaire: 14,5Veff Chute de tension dans le pont: 2VOn dsire obtenir 18V avec une ondulation de 1VccEstimer la valeur de la capacit C ?
-
8/11/2019 Alimentation Des Systemes
20/59
20
On suppose que le condensateur se
charge instantanment la tension crteet se dcharge courant constant I
Calcul de la capacit de filtrage
t
T
Vcapa
VVcrte
Variation de charge Q = CV = I T/2
C IT/2V
-
8/11/2019 Alimentation Des Systemes
21/59
21
Exemple
Vcrte = 14,5x1,414 2 = 18,5VFreq = 50Hz T=20 ms
V = 1V I= 1A
C IT/2V 20x10-3
/2 10 000 F
Calcul de la capacit de filtrage
-
8/11/2019 Alimentation Des Systemes
22/59
22
Surintensit la mise sous tension
-
8/11/2019 Alimentation Des Systemes
23/59
23
Courant prlev au rseau
-
8/11/2019 Alimentation Des Systemes
24/59
24
Principe du PFC
-
8/11/2019 Alimentation Des Systemes
25/59
25
On part dune tension suprieure la
tension rguler On chute la diffrence de tension dans un
lment dissipatif
Rendement mdiocre uniquement pour
petites puissances Trs bonne rgulation - faible bruit
Principe de la rgulation linaire
-
8/11/2019 Alimentation Des Systemes
26/59
26
Rgulation shuntRgulation shunt
V
I
Vz
R
Diode Zener
Caractristique dune diode zener
Vin Vout
Vin > Vout
Rserv aux trs faibles puissances et la cration de rfrence de tension
-
8/11/2019 Alimentation Des Systemes
27/59
27
Rgulation srie
RV
rfrence
On utilise un transistor comme rsistance variable
Vin > Vout Vout
-
8/11/2019 Alimentation Des Systemes
28/59
28
Exemple de rgulateur srieQ2NPN
R1
Q1
NPN
D3Diode zener
R2
C1 C2RV1
R3
R4R5
Vin Vout
-
8/11/2019 Alimentation Des Systemes
29/59
-
8/11/2019 Alimentation Des Systemes
30/59
30
Rgulation linaire
Trs bonne rgulation Faible bruit Circuits trs simples Rendement mdiocre
Alimentations de faible puissance Ncessit dune qualit de tension leve
Rgulation linaire
-
8/11/2019 Alimentation Des Systemes
31/59
-
8/11/2019 Alimentation Des Systemes
32/59
32
3 topologies de base:Abaisseur de tension (buck)
lvateur de tension (boost)Inverseur de tension (buck-boost)
Sans isolement galvanique
Topologies de base
-
8/11/2019 Alimentation Des Systemes
33/59
33
L
Ce CsD
K
RVe Vs
Is+
-
+
-
IL
Abaisseur de tension (buck)
Vs= Ve
L
Ce Cs RVe Vs
Is+
-
+
-
IL
L
Ce Cs RVe Vs
Is+
-
+
-
IL
Ve-Vs= L di
dt d' o i (t) =I m +
Ve-VsL
t i(t) = I M -Vs
L (t -T)
-
8/11/2019 Alimentation Des Systemes
34/59
34
Abaisseur de tension (buck)
-
8/11/2019 Alimentation Des Systemes
35/59
35
lvateur de tension (boost)L D
C e C s
+
-
+
-
k RI
Vs
Is
V e
V e
Is
Vs
I
R
-
+
-
+
C sC e
L L
C e C s
+
-
I
V e
+
-
RVs
Is
Ve = L di
dt d' o i (t) =I m +
Ve
L t i(t) = I M -
Vs- Ve
L (t-T)
Vs=
Ve
(1-)
-
8/11/2019 Alimentation Des Systemes
36/59
36
lvateur de tension (boost)
-
8/11/2019 Alimentation Des Systemes
37/59
37
Inverseur de tension (buck-boost)+
-
-
+
L
DK
Ce CsIL
Is
VeVs
R
VeIL
Ce L
-
+
RVs
Is
Cs
+
- +
-
-
+
LCe CsIL
Is
VeVs
R
i(t) = I M -Vs
L (t -T)
Ve = L di
dt d' o i (t) =I m +
Ve
L t
Vs
Ve=
1-
-
8/11/2019 Alimentation Des Systemes
38/59
38
Inverseur de tension (buck-boost)
-
8/11/2019 Alimentation Des Systemes
39/59
39
discontinucontinudiscontinuCourant
dentre
/(1-)1/(1-)Vs/Ve
discontinudiscontinucontinuCourantde sortie
InverseurlvateurAbaisseur
Convertisseurs non isolsEn conduction continue
-
8/11/2019 Alimentation Des Systemes
40/59
40
Modlisation du transformateurTransformateur
parfait
Lp
i 1 i2
n n21V V1 2
n1 i1 = n2 i2 etn2
n1
=V2
V1
-
8/11/2019 Alimentation Des Systemes
41/59
41
..N2Ve
K D
N1
Ie Is
Ce CsVs
Convertisseur accumulation
Lp
i1Ve
1 =VeLp
T
Lpi1
i 2
n n 21 V2 sR
i2(t) = (n1n2
)2 T
Lp( Vs +
n2n1
Ve ) VsLp
t
Dmagntisation complte
-
8/11/2019 Alimentation Des Systemes
42/59
42
Convertisseur accumulation
Pe = 1T ( 12 Lp 12 )
Ps
= Vs
Is
=Vs
2
R
Lp2T
(VeLp
T )2
=Vs
2
R
VsVe
= RT2L p
Puissance dentre
Puissance de sortie
Rendement = 1
-
8/11/2019 Alimentation Des Systemes
43/59
43
Modulation de largeur dimpulsion
+
-Oscillateur
Vc
t
U
Vc
0 T T TT + 2Tt
VMLI
Frquence fixe, rapport cyclique proportionnel la tension de consigne
-
8/11/2019 Alimentation Des Systemes
44/59
44
Convertisseur en demi pont
C1
C2
TR1
T1
T2
D3
D4
D1
D2
C3 L
CRL
* *
*
+Ve
Circuit de commandeV1
V2
V3
V4Vout
+
-
Vin
Utilise dans les alimentations de PC
-
8/11/2019 Alimentation Des Systemes
45/59
45
MODELE DU TRANSFORMATEUR
LP
n2
n3
n1
* *
*
V2
V3
V1
n2=n3 n=n2/n1=n3/n1
-
8/11/2019 Alimentation Des Systemes
46/59
46
Convertisseur en demi pont
-
8/11/2019 Alimentation Des Systemes
47/59
47
Convertisseur en demi pont
-
8/11/2019 Alimentation Des Systemes
48/59
48
Convertisseur en demi pont
-
8/11/2019 Alimentation Des Systemes
49/59
49
Convertisseur en demi pont
-
8/11/2019 Alimentation Des Systemes
50/59
50
Formes dondes
-
8/11/2019 Alimentation Des Systemes
51/59
51
Convertisseur en demi pont
C1
C2
TR1
T1
T2
D3
D4
D1
D2
C3 L
C RL
* *
*
+Ve
Circuit de commandeV1
V2
V3
V4 Vout
+
-
Vin
V4 = n Vin / 2
F=1/T, , ton = T 2F, ton = T = 2
Conduction continue Vout = n Vin
-
8/11/2019 Alimentation Des Systemes
52/59
52
Limite de conduction continue
Iout = IL/ 2
Ncessit dune charge minimale en sortie(voyant, ventilateur, prcharge)
-
8/11/2019 Alimentation Des Systemes
53/59
53
Exemple de dimensionnement
Vin = 325VVout =12VIout = 8AF = 30kHzn = 0,19
= Vout/nVin = 12/(0,19.325) = 0,19
= ton/T = ton. Fton = /F = 0,19/30 000 = 6,5 s
On fixe londulation dans linductance: 10% du courant nominal I = 0,8A
L = ton . (Vin/2 . n Vout) /IL = 153H
-
8/11/2019 Alimentation Des Systemes
54/59
54
Dimensionnement des diodes
n2
n3
n1
* *
*
V2
V3
V1=Vin/2
n2=n3 n=n2/n1=n3/n1
D2
D1
VR = (v2+V3) = nVin
L
VR=V2+V3=2nVin/2 = nVinVR= 0,19 . 325 = 62V
I moy = Iout/2Imoy = 4A
Di i d i
-
8/11/2019 Alimentation Des Systemes
55/59
55
LP
n2
n3n1
* *
*
V2
V3V1
n2=n3 n=n2/n1=n3/n1
Courant transistor
Courant secondaire ramen au primaire
Dimensionnement des transistors
Courant magntisant
Di i d i
-
8/11/2019 Alimentation Des Systemes
56/59
56
Courant crte
Iprimaire = n.(Iout + I/2)Iprimaire = 0,19 . (8 + 0,4) =1,6ACourant magntisant
-
8/11/2019 Alimentation Des Systemes
57/59
57
C1
C2
T1
T2
D3
D4
D1
D2
C3L1
C4**
*Circuit de commande
+
-
D5
D6 L2 C5
+12
+5V
Vin
Rgulation MLI
R2
R1
R3
Pondration
TR
Sortie multiple
-
8/11/2019 Alimentation Des Systemes
58/59
58
Post rgulation
Exemple : 3,3V partir du 5V dans les alims de PC
-
8/11/2019 Alimentation Des Systemes
59/59
59
TL494