les alimentations stabilisees - Free
Stabilise la tension et le courant de sortie de manière à les rendre CONSTANTS (
continus). ... FILTRAGE d'un signal simple alternance : ... Cette énergie est
restituée quand le redresseur ne conduit pas (diodes bloquées). .... Cette
correction est nécessaire pour assurer la stabilité du système bouclé tout en
garantissant un ...
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LES ALIMENTATIONS STABILISEES :
HYPERLINK "http://www.geocities.com/electronrun/cours/ALIM.htm" \l "_Toc444655060#_Toc444655060" Présentation fonctionnelle : HYPERLINK "http://www.geocities.com/electronrun/cours/ALIM.htm" \l "_Toc444655061#_Toc444655061" Schéma associé : HYPERLINK "http://www.geocities.com/electronrun/cours/ALIM.htm" \l "_Toc444655062#_Toc444655062" Rôle des structures associées :
HYPERLINK "http://www.geocities.com/electronrun/cours/ALIM.htm" \l "_Toc444655063#_Toc444655063" Les transformateurs : HYPERLINK "http://www.geocities.com/electronrun/cours/ALIM.htm" \l "_Toc444655064#_Toc444655064" Les différents modes de câblage : HYPERLINK "http://www.geocities.com/electronrun/cours/ALIM.htm" \l "_Toc444655065#_Toc444655065" Enroulement secondaire unique HYPERLINK "http://www.geocities.com/electronrun/cours/ALIM.htm" \l "_Toc444655066#_Toc444655066" Double enroulement secondaire HYPERLINK "http://www.geocities.com/electronrun/cours/ALIM.htm" \l "_Toc444655068#_Toc444655068" Critères de choix technologiques :
HYPERLINK "http://www.geocities.com/electronrun/cours/ALIM.htm" \l "_Toc444655069#_Toc444655069" Le redressement :
HYPERLINK "http://www.geocities.com/electronrun/cours/ALIM.htm" \l "_Toc444655070#_Toc444655070" Le filtrage : HYPERLINK "http://www.geocities.com/electronrun/cours/ALIM.htm" \l "_Toc444655071#_Toc444655071" Structures : HYPERLINK "http://www.geocities.com/electronrun/cours/ALIM.htm" \l "_Toc444655072#_Toc444655072" Principe de fonctionnement : HYPERLINK "http://www.geocities.com/electronrun/cours/ALIM.htm" \l "_Toc444655073#_Toc444655073" Critères technologiques :
HYPERLINK "http://www.geocities.com/electronrun/cours/ALIM.htm" \l "_Toc444655075#_Toc444655075" La régulation : HYPERLINK "http://www.geocities.com/electronrun/cours/ALIM.htm" \l "_Toc444655076#_Toc444655076" La régulation linéaire série : HYPERLINK "http://www.geocities.com/electronrun/cours/ALIM.htm" \l "_Toc444655077#_Toc444655077" Le principe : HYPERLINK "http://www.geocities.com/electronrun/cours/ALIM.htm" \l "_Toc444655078#_Toc444655078" Les régulateurs intégrés de type série : HYPERLINK "http://www.geocities.com/electronrun/cours/ALIM.htm" \l "_Toc444655079#_Toc444655079" Les régulateurs FIXES : HYPERLINK "http://www.geocities.com/electronrun/cours/ALIM.htm" \l "_Toc444655080#_Toc444655080" Les régulateurs VARIABLES :
HYPERLINK "http://www.geocities.com/electronrun/cours/ALIM.htm" \l "_Toc444655081#_Toc444655081" Régulation parallèle ou shunt :
HYPERLINK "http://www.geocities.com/electronrun/cours/ALIM.htm" \l "_Toc444654451#_Toc444654451" La régulation à découpage : HYPERLINK "http://www.geocities.com/electronrun/cours/ALIM.htm" \l "_Toc444655083#_Toc444655083" Schéma de principe (type BUCK) HYPERLINK "http://www.geocities.com/electronrun/cours/ALIM.htm" \l "_Toc444655084#_Toc444655084" Les différentes phases : HYPERLINK "http://www.geocities.com/electronrun/cours/ALIM.htm" \l "_Toc444655085#_Toc444655085" Commutateur fermé HYPERLINK "http://www.geocities.com/electronrun/cours/ALIM.htm" \l "_Toc444655086#_Toc444655086" Commutateur ouvert HYPERLINK "http://www.geocities.com/electronrun/cours/ALIM.htm" \l "_Toc444655087#_Toc444655087" Principe du mode de contrôle par MLI :
HYPERLINK "http://www.geocities.com/electronrun/cours/ALIM.htm" \l "_Toc444655088#_Toc444655088" Dissipation thermique : HYPERLINK "http://www.geocities.com/electronrun/cours/ALIM.htm" \l "_Toc444655089#_Toc444655089" Modèle thermique sans radiateur : HYPERLINK "http://www.geocities.com/electronrun/cours/ALIM.htm" \l "_Toc444655090#_Toc444655090" Modèle thermique avec radiateur : HYPERLINK "http://www.geocities.com/electronrun/cours/ALIM.htm" \l "_Toc444655091#_Toc444655091" Calcul d'un dissipateur :
HYPERLINK "http://www.geocities.com/electronrun/cours/ALIM.htm" \l "exo#exo" Exercice
HYPERLINK "http://www.geocities.com/electronrun/cours/ALIM.htm" \l "_Toc444655092#_Toc444655092" Annexe : documentation technique HYPERLINK "http://www.geocities.com/electronrun/cours/ALIM.htm" \l "_Toc444655092#_Toc444655092" (LT1076, LT 1086, TL 431) HYPERLINK "http://www.geocities.com/electronrun/cours/ALIM.htm" \l "_Toc444655093#_Toc444655093" Régulateur à découpage LT1076 HYPERLINK "http://www.geocities.com/electronrun/cours/ALIM.htm" \l "_Toc444655095#_Toc444655095" Régulateur linéaire shunt TL431 : HYPERLINK "http://www.geocities.com/electronrun/cours/ALIM.htm" \l "LT1086#LT1086" Régulateur linéaire série LT1086 :
Présentation fonctionnelle :
Schéma associé :
INCLUDEPICTURE "http://www.geocities.com/electronrun/cours/Image80.gif" \* MERGEFORMATINET
ENTREE :
U1 : tension secteur sinusoïdale alternative 220 Veff, 50Hz
SORTIE :
Us et Is : tension et courant CONTINUS.
Rôle des structures associées :
Transformateur
Redresseur
Filtre
Régulateur
Diminue l'amplitude de la tension secteur.
Convertit une tension alternative en une tension unidirectionnelle
Stocke l'énergie de façon à lisser la tension de sortie du redresseur.
Stabilise la tension et le courant de sortie de manière à les rendre CONSTANTS (continus).
Les transformateurs :
Le transformateur se caractérise par sa tension secondaire exprimée en volts efficaces (Veff) et sa puissance apparente exprimée en volts ampère (VA). La taille et donc le poids du transformateur dépendent de sa puissance.
La puissance en régime sinusoïdal s exprime par : P = Veff Ieff cos fð ð= S cos fð
fð ðest le déphasage entre U et I : il dépend de la nature de la charge (R, L, C).
S est la puissance apparente en VA
Le transformateur assure une isolation galvanique et il est de type abaisseur de tension.
Rapport de transformation :
m = U2/U1 = I1/I2 = n2/n1
n1 et n2 : nombres de spires au primaire et au secondaire.
Applications :
·ð Calculer le courant maximum au primaire d un transformateur 15V, 5VA.
·ð Comment différencier le primaire du secondaire en fonction du diamètre des fils ?
Les différents modes de câblage du transformateur :
Enroulement secondaire unique Exemple : Transformateur 12V, 6VA. Compléter le schéma suivant :
INCLUDEPICTURE "http://www.geocities.com/electronrun/cours/Image82.gif" \* MERGEFORMATINET
Double enroulement secondaire Exemples de cablage pour un transformateur : 2x35V 75VA
Enroulements en série : Les 2 enroulements secondaires sont réunis en un point milieu. Compléter les schémas suivants :
INCLUDEPICTURE "http://www.geocities.com/electronrun/cours/Image83.gif" \* MERGEFORMATINET
Enroulements en parallèle :
INCLUDEPICTURE "http://www.geocities.com/electronrun/cours/Image84.gif" \* MERGEFORMATINET
Critères de choix technologiques : On distingue les transformateurs à tôles et les transformateurs toriques qui ont un rayonnement moindre (Pertes entrefer réduites de 90%). Un transformateur dalimentation se choisit en fonction de sa ou ses tensions secondaires en Veff et de sa puissance apparente en volt ampère (VA)
Le redressement :
Simple alternance
Double alternance à pont de Graêtz
Double alternance avec transfo. à point milieu
Double enroulement et pont (Alim symétrique)
INCLUDEPICTURE "http://www.geocities.com/electronrun/cours/Image85.gif" \* MERGEFORMATINET
INCLUDEPICTURE "http://www.geocities.com/electronrun/cours/Image86.gif" \* MERGEFORMATINET
INCLUDEPICTURE "http://www.geocities.com/electronrun/cours/Image87.gif" \* MERGEFORMATINET
INCLUDEPICTURE "http://www.geocities.com/electronrun/cours/Image88.gif" \* MERGEFORMATINET
INCLUDEPICTURE "http://www.geocities.com/electronrun/cours/Image89.gif" \* MERGEFORMATINET
INCLUDEPICTURE "http://www.geocities.com/electronrun/cours/Image90.gif" \* MERGEFORMATINET
INCLUDEPICTURE "http://www.geocities.com/electronrun/cours/Image91.gif" \* MERGEFORMATINET
INCLUDEPICTURE "http://www.geocities.com/electronrun/cours/Image92.gif" \* MERGEFORMATINET
INCLUDEPICTURE "http://www.geocities.com/electronrun/cours/Image93.gif" \* MERGEFORMATINET
INCLUDEPICTURE "http://www.geocities.com/electronrun/cours/Image94.gif" \* MERGEFORMATINET
INCLUDEPICTURE "http://www.geocities.com/electronrun/cours/Image95.gif" \* MERGEFORMATINET
INCLUDEPICTURE "http://www.geocities.com/electronrun/cours/Image96.gif" \* MERGEFORMATINET
HYPERLINK "http://www.univ-lemans.fr/enseignements/physique/02/electro/graetz.html" \t "_blank" Lien internet 1
Le filtrage :
Le condensateur de filtrage, de grande capacité, lisse la tension redressée de manière à augmenter sa valeur moyenne. La capacité et donc la taille du condensateur dépendent de londulation désirée à pleine charge (pour IS = ISmax). La résistance de charge R détermine la valeur du courant de sortie.
Structures : FILTRAGE dun signal simple alternance :
INCLUDEPICTURE "http://www.geocities.com/electronrun/cours/Image97.gif" \* MERGEFORMATINET
INCLUDEPICTURE "http://www.geocities.com/electronrun/cours/Image100.gif" \* MERGEFORMATINET
INCLUDEPICTURE "http://www.geocities.com/electronrun/cours/Image99.gif" \* MERGEFORMATINET
tð = R.C = constante de temps du circuit de décharge de C f = fréquence de la tension secteur (50 Hz)
FILTRAGE d un signal double alternance :
INCLUDEPICTURE "http://www.geocities.com/electronrun/cours/Image98.gif" \* MERGEFORMATINET
INCLUDEPICTURE "http://www.geocities.com/electronrun/cours/Image102.gif" \* MERGEFORMATINET
INCLUDEPICTURE "http://www.geocities.com/electronrun/cours/Image101.gif" \* MERGEFORMATINET
Hypothèses simplificatrices : La constante de temps de décharge est supposée trés grande devant la période (décharge linéaire). Ainsi le temps de charge est négligeable devant le temps de décharge Le courant IS MAX est le courant maximum de sortie qui caractérise l'alimentation. HYPERLINK "http://www.univ-lemans.fr/enseignements/physique/02/electro/redfilt1.html" \t "_blank" Lien internet 2 Principe de fonctionnement :
·ð ðDurée t1 : Le condensateur se charge très rapidement, le redresseur est PASSANT (Résistance des diodes très faibles).
·ð ðDurée t2 : Le redresseur est bloqué, le condensateur se décharge dans le montage alimenté ou dans le régulateur symbolisé ici par la résistance R. Le condensateur joue le rôle d'un réservoir d'énergie. Cette énergie est restituée quand le redresseur ne conduit pas (diodes bloquées).
·ð Le cycle se reproduit 50 fois par seconde (simple alternance) ou 100 fois par seconde (double alternance)
Critères technologiques :
·ð Condensateurs de fortes capacités donc de type CHIMIQUES. ·ð Tension de service choisie en fonction de Vmax (marge de sécurité de 30%)
Application : Soit un transformateur 9V / 5VA utilisé dans un montage redresseur par pont de Graêtz. Calculer et choisir C pour un taux d'ondulation de 10% à pleine charge cest à dire pour IR= 500 mA.
La régulation :
La fonction d'un régulateur de tension est de convertir une tension ayant une certaine ondulation en une tension particulièrement stable. Il doit maintenir ces conditions de stabilité dans une large gamme de variation du courant de charges mais également des fluctuations de la tension d'entrée. Le schéma fonctionnel dun régulateur se caractérise par une boucle de contre réaction : le fonctionnement est celui des systèmes asservis ou systèmes bouclés.
On distingue 2 grands principes de régulation : la régulation linéaire et la régulation à découpage.
La régulation linéaire série :
Le principe :
INCLUDEPICTURE "http://www.geocities.com/electronrun/cours/Image103.gif" \* MERGEFORMATINET
L'élément de régulation est placé en série avec la charge. La tension de sortie est régulée par cet élément qui est en général un transistor dont la conduction (VCE, IC) varie constamment de façon à maintenir VS constante. Une modification des caractéristiques d'entrée (source) ou de sortie (charge) se traduit par une modification de la tension différentielle : VCE = VE VS. Le rendement maximal est de l'ordre de 60% et il diminue lorsque le courant débité augmente ! Ce type de régulateur est très utilisé car il possède comme avantage de réagir rapidement aux perturbations dues à la charge. L'ondulation résiduelle en sortie est très faible
Les régulateurs intégrés de type série : Caractéristiques technologiques : régulateurs intégrés en boitier trois broches TO 92, TO 220 ou TO3
Les régulateurs FIXES : Montage pour régulateur positif (VS > 0) :
INCLUDEPICTURE "http://www.geocities.com/electronrun/cours/Image104.gif" \* MERGEFORMATINET
La diode D protège le régulateur des courants induits par une charge fortement capacitive lors de la coupure de lalimentation. C2 et C3 améliorent la stabilité du montage.
Exemple de régulateurs fixes positifs : la série 78xx 7805 : + 5V 7812 : +12V etc ..
Application : Donner le montage pour VS < 0.(Attention à la polarité de C3 et D)
Exemple de régulateurs fixes négatifs : la série 79xx 7905 : - 5V 7912 : - 12V etc ...
Régulateurs VARIABLES :
INCLUDEPICTURE "http://www.geocities.com/electronrun/cours/Image105.gif" \* MERGEFORMATINET
Les éléments de protection et de stabilité (D, C2 et C3) peuvent être nécessaires pour ce montage également. Le condensateur CREF assure un filtrage supplémentaire de VREF. La tension de référence, donc VS, est ajustée par les résistances R1, R2 dont lune peut être une résistance ajustable. Le courant IADJ est très faible. Il peut être négligé.
Exemple de régulateurs variables : LM117, LM317, LT1086...
Application : Déterminer pour le montage d'application du LT 1086 (documentation page 10) la valeur de R2 (résistance ajustable dans la série E3) pour obtenir Vout = 9.25V avec R1 = 1kWð Déterminer la tension minimale VIN pour un fonctionnement correct du montage.
Régulation parallèle ou shunt :
La tension de sortie est maintenue constante grâce à un élément de contrôle placé en parallèle par rapport à la charge.
INCLUDEPICTURE "http://www.geocities.com/electronrun/cours/Image106.gif" \* MERGEFORMATINET
Il module ainsi le courant Ishunt afin de compenser les variations. La tension de sortie est maintenue constante :
VO = VE RS . (IS + IO)
Le rendement est relativement bas. Ce type de régulateur est réservé aux applications très faible puissance. Ces régulateurs se présentent généralement sous la forme d'une diode zéner programmable (TL 431), permettant l'ajustement de la tension de sortie à la valeur désirée.
Application : Analyser la HYPERLINK "http://www.geocities.com/electronrun/cours/ALIM.htm" \l "_Toc444655095#_Toc444655095" documentation des circuits TL431. Déterminer : - lexpression de la tension Vs. - la valeur de la tension de référence Vref
La régulation à découpage :
La régulation la tension de sortie nest plus permanente mais ponctuelle. Elle seffectue à une fréquence élevée à l'aide d'une modulation par largeur d'impulsion (MLI). La boucle de contre réaction est toujours présente (pont diviseur RA et RB) Un filtre additionnel passe bas (L1C1) complète ce dispositif. Il fournit la valeur moyenne du signal présent en sortie du hacheur.
Schéma de principe (type BUCK ou abaisseur de tension )
INCLUDEPICTURE "http://www.geocities.com/electronrun/cours/Image107.gif" \* MERGEFORMATINET
Les régulateurs à découpage emploient un élément de contrôle de la puissance fonctionnant ici en commutation (transistor bipolaire ou CMOS). Cet élément est utilisé pour hacher ou découper la tension d'entrée au rythme d'un rapport cyclique imposé par le circuit de régulation interne.
L'avantage de ces régulateurs est essentiellement un rendement élevé à pleine charge (même à tension de sortie faible). L'utilisation de circuit intégré spécialisé permet d'obtenir des structures simples.
Les différentes phases de fonctionnement (aspect énergétique) : Commutateur fermé : ( D1 bloquée ) Le transfert de la puissance s'effectue de la source vers la charge mais également en direction de l'inductance L1 et de la capacité C1. La tension appliquée aux bornes de l'inductance durant cette phase (UL1 = UE US) contribue à augmenter son énergie propre. Le courant dans L1 augmente alors linéairement :
INCLUDEPICTURE "http://www.geocities.com/electronrun/cours/Image108.gif" \* MERGEFORMATINET et linductance accumule lénergie :
INCLUDEPICTURE "http://www.geocities.com/electronrun/cours/Image109.gif" \* MERGEFORMATINET
Le reste de cette énergie se répartit ensuite entre la charge RS et la capacité C1. A la fin de cette phase, le champ magnétique élaboré par l'inductance est maximal et la diode D1 est toujours bloquée. On peut considérer que L1 a été uniquement récepteur : c'est la phase d'accumulation d'énergie (dans L1 et C1).
Commutateur ouvert : ( D1 passante ) Le champ magnétique élaboré par l'inductance lors de la phase précédente diminue. Ce champ, forçant l'inversion de la tension aux bornes de l'inductance permet à cette dernière de devenir générateur constituant ainsi la nouvelle alimentation en énergie de la charge.:
UL1 = (US + UD1)
L'énergie pouvant être considérée comme excédentaire durant la phase précédente décroît alors progressivement par la mise en conduction de la diode D1 : c'est la phase de restitution d'énergie par le filtre de sortie et de récupération d'énergie par la charge.
Courant dans L1 : INCLUDEPICTURE "http://www.geocities.com/electronrun/cours/Image110.gif" \* MERGEFORMATINET
Principe du mode de contrôle par MLI : Une fraction de la tension de sortie est prélevée et comparée à la tension de référence par un amplificateur derreur. La tension derreur issue de cet amplificateur est traitée par un circuit de compensation en fréquence (Réseau RC et CC : voir schéma de principe page précédente). Cette correction est nécessaire pour assurer la stabilité du système bouclé tout en garantissant un temps de réponse court pour réagir rapidement aux perturbations dues aux variations de la charge.
L'étage de modulation par largeur d'impulsion fait varier le rapport cyclique dans un sens tel que l'erreur soit réduite c'est-à-dire que la tension de sortie soit ramenée à la valeur désirée.
Applications : Effectuer une simulation de ce schéma de principe afin de visualiser les différents signaux, vérifier la fonction de régulation et le réglage possible de VS grace à RA et RB,
Dissipation thermique :
La dissipation de puissance dans un SEMICONDUCTEUR est limitée par la température de la JONCTION. En général TJmax en fonctionnement = 125°C.
Modèle thermique sans radiateur :
INCLUDEPICTURE "http://www.geocities.com/electronrun/cours/Image112.gif" \* MERGEFORMATINET
Loi d'ohm thermique :
TJ - TA = PD RTH JA
·ð ðTJ : Température de jonction (°C) ·ð ðTA : Température de l'air ambiant (°C) ·ð ðRTH JA : Résistance thermique jonction air (°C/W). Dépend du type de boitier
·ð ðPD : Puissance à dissiper (W)
Modèle thermique avec radiateur :
INCLUDEPICTURE "http://www.geocities.com/electronrun/cours/Image113.gif" \* MERGEFORMATINET
Loi d'ohm thermique :
TJ-TA = PD (RTH JB + RTH BR + RTH RA)
·ð ðRTH JB : Résistance thermique jonction boitier ·ð ðRTH BR : Résistance thermique boitier radiateur Dépend du type de boitier Peut être améliorée (diminuée) par l'emploi de graisse thermique
·ð ðRTH RA : Ré !"#$%¢£¥§«¬ " íâÒâǪªzªâeKeK6Keâ(h.Xh.X>*B*CJOJQJ^Jphî2jh.Xh.XB*CJOJQJU^JaJph)h.Xh.XB*CJOJQJ^JaJph.h.Xh.X5>*B*CJOJQJ\^Jphî/h.Xh.X5B*CJOJQJ\^JaJph8jh.Xh.X5B*CJOJQJU\^JaJphh.Xh.XCJaJ jh.Xh.XB*Uphh.Xh.XB*ph#h.Xh.X5B*
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Calcul d'un dissipateur :
1) Déterminer la puissance à dissiper :
Pour un transistor : PD = VCE . IC Pour un régulateur : PD = (VE-VS) . IS
2) SANS radiateur : vérifier que la température de jonction reste inférieure à la valeur max (TJmax = 125°C)
3) Sinon DIMMENSIONNER le radiateur en fonction de RTH RA (Abaque pour un profil donné; voir MEMOTECH)
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Les questions :
Les réponses :
Calculer VCmax
27V
Déterminer C pour une ondulation maximum en VC de 5V
2200µF/35V
Calculer R2 si R1 = 270 Ohms
3.4 kOhms
Calculer la puissance dissipée par le régulateur
10W
Vérifier la nécessité d'un radiateur (TA=25°C)
TJ = 375°C >> 125 °C
Calculer RTH RA (TJ=110°C)
5.6°C/W
Dimensionner le radiateur dans le profil WA131
40 mm
Déterminer la puissance du transformateur
20 VA
Annexe : documentation technique :
Régulateur à découpage LT1076
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Régulateur linéaire shunt TL431 :
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Régulateur linéaire série LT1086 : INCLUDEPICTURE "http://www.geocities.com/electronrun/cours/Image119.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.geocities.com/electronrun/cours/Image118.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.geocities.com/electronrun/cours/Image120.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.geocities.com/electronrun/cours/Image121.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.geocities.com/electronrun/cours/Image122.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://visit.geocities.com/visit.gif?1031072291" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://geo.yahoo.com/serv?s=76001083&t=1031072291" \* MERGEFORMATINET
