PRESENTATION DE LA MAQUETTE : La maquette utilisée dans ce tp est conçue pour illustrer le fonctionnement des principales alimentations à découpage : -l’alimentation FORWARD qui un convertisseur à transfert direct d’énergie -l’alimentation symétrique PUSH PULL : c’est une combinaison des deux convertisseurs à transfert d’énergie fonctionnant en opposition de phase. Les éléments de base sont donc les transformateurs des alimentations citées précédemment. L’un simple avec deux enroulements montés sur un circuit magnétique en ferrite pour les convertisseurs FLYBACK. L’autre plus complexe avec deux enroulements au primaire et deux enroulement au secondaire sur un circuit magnétique en ferrite pour les convertisseurs FORWARD et PUSH PULL.
I.
ALIMENTATION FORWARD
Trois bobines de nombres de spires np1, np2 ,ns, d’inductances LP1 et LP2 et Ls ,de résistances négligeables, sont placées sur un même circuit magnétique ayant un entrefer e.cet entrefer permet d’éviter une saturation magnétique du circuit magnétique dans les conditions normales de fonctionnement. Les deux bobines du circuit primaire ont un branchement tel que le flux qu’elles créent s’ajoutent ,les intensités qui les traversent étant toujours positives .celle du secondaire a un effet magnétique en sens contraire .un interrupteur H est commandé par un générateur délivrant des signaux rectangulaires du rapport cyclique K réglable et de période T. entre 0 et KT, l’interrupteur H est fermé .entre KT et T, il est ouvert, dans le circuit de secondaire, une bobine de lissage permet d’éviter une annulation de courant qui la traverse. La charge est constituée d’un circuit RC, le condensateur ayant une capacité suffisante pour que la tension à ses bornes soit pratiquement constante.
Fonctionnement : Lorsque l’interrupteur H est fermé, les équations du FORWARD sont : u p 1=E u p 1=n p1
dφ dt
u p 2=n p 2
dφ dt
us =
ns E np1
u p 2=
np2 E n p1
Avec
up1
: la tension primaire 1
E
up 2
us
: la tension continu de la source. : La tension primaire 2.
: La tension aux bornes du secondaire du transformateur.
Lorsque l’interrupteur H cesse de conduire, les équations du FORWARD sont : us =
us ' =0
ns E np2
u=
ns E ∗u np1 1
u=u 1
On montre que :
¿ u≥k ns E/n p 1
K étant le rapport cyclique il est définit par k=Ton /T Ton : c’est la durée de conduction du transistor Ton=kT et T : c’est la période de commutation du transistor n E
s On a u L = us u = ( n p 1 ) u
uL = u
pour H fermé
pour H ouvert
Puisque en régime permanent la valeur moyenne de la tension aux bornes d’une bobine est nulle. on a
k (ns E/n p 1
Don k n s E /n p 1 k < u=¿ u k
¿ u=k ns E/np 1
Etude experimentale : Après avoir réalisé le montage de l’alimentation Forward, on place entre les bornes F1 et F2 un rhéostat de 120 environ .on règle le potentiomètre « fréquence » à mi –course. La borne Sv étant reliée à Ec, on visualise à l’oscilloscope la tension appliquée entre la base et l’émetteur du transistor T2, de même la tension Vce du même transistor :
On ajuste le rapport cyclique de la tension de la base du transistor à (1/3) On modifie le branchement de l’oscilloscope pour visualiser simultanément VCE(t) et ip1(t) Ip1(A)
Lorsque l’interrupteur H est fermé on a : is=(n p 1 Ip 1/ns) En plus (is=il) avec il le courant qui traverse la bobine U l=us−u=l(dis/dt )
Et lorsque H cesse de conduire on a la diode D est conductrice et la diode Ds bloquée La diode Dp est conductrice .donc d’après la loi de mailles u=−ul
Le courant is est comme suit :
Is(a)
t(s)
L’intensité du courant il(t) du courant traversant la bobine : il(t)
t(s)
On agit sur les potentiomètres de réglage de fréquence : on constate que lorsqu’on augmente la fréquence la variation de la tension aux bornes de la charge diminue On agit sur le potentiomètre de réglage du rapport cyclique : on constate que la valeur moyenne de la tension aux bornes de la charge change On modifie la résistance de charge : la valeur moyenne de la tension ne change pas c’est normal car on a ¿ u=(k nsE /np 1)
Si on modifie la résistance de la charge le courant (il) ne reste pas interrompu
ANALYSE ET INTERPRETATION DES COURBES : Lorsque H est fermé : La diode Dp est bloquée, la diode Ds est conductrice, la D est bloqué
diode
On a les équations suivantes :
( npnp21E ) ; Ip 2 ( t ) =0 A ;
Up1=E ;Up 2=−
Ip 1(t)=ia=(ns is /np1)avec is=il
Us=
; U s ’ (t)=us (t) ; U (t )=us−ul ( nsE np 1 )
Lorsque l’interrupteur H cesse de conduire : La diode Dp conduit, la diode Ds bloqué, la diode D conduit d’où les équations suivantes :
( npnp21 E ) ;
Ip 1 (t )=0 A ; Up 2 ( t )=E ; Up 1=−
Us=−(ns E/np 1) Is ( t )=0 A ; Us ’=0 V ; U =−ul
Les formes d’ondes:
La forme de la tension de sortie :
V0(v)
t(s)
pour : ns=120spires et np1=60 spires, k=(1/3),E=15 On a:
¿ u th=(knsE /np 1)=10 V
La valeur mesurée est égale à 9,67v Donc on voit bien que la valeur mesurée est inférieur à la valeur théorique.
II.
ALIMENTATION PUSH_PULL : Montage de principe:
Présentation :
Quatre bobines de nombres de spires np1, np2, ns1, ns2, d’inductances Lp1, Lp2, Ls1 et Ls2 , de résistances négligeables, sont placées sur un même circuit magnétique ayant un entrefer e. Cet entrefer permet d’éviter une saturation magnétique du circuit dans les conditions normales de fonctionnement .les deux bobines du circuit primaire ont un branchement tel que le flux qu’elles créent s’ajoute, les intensités qui les traversent étant toujours positives. Celles du secondaire ont un effet magnétique en sens contraire mais sont aussi associées de telle sorte que le flux qu’elles créent s’ajoute également. Deux interrupteurs H1 et H2 sont commandés par un générateur délivrant des signaux rectangulaires de rapport cyclique k réglable et de période T .les fonctionnement de H1 et H2 sont décalés dans le temps d’une demi période.la durée de fermeture de chaque interrupteur commandé est de KT sur une période de fonctionnement. Dans le circuit du secondaire, une bobine de lissage permet d’éviter une annulation du courant qui la traverse.la charge est constituée d’un circuit RC, le condensateur ayant une capacité suffisante pour que la tension à ses bornes soit pratiquement constante.
Pour ne pas saturer le transformateur on divise la période de conduction de 2 transistors H1 et H2 sont contrôlés comme suit
Fonctionnement : Lorsque l’interrupteur commandé H1 est fermé, la diode D2 conduit simultanément l’énergie est emmagasinée dans la bobine d’inductance L et transférée à la charge. Lorsque les interrupteurs commandés H1 et H2 sont ouverts l’énergie emmagasinée dans la bobine d’inductance L permet de maintenir la continuité du courant dans la charge par l’intermédiaire des diodes D1 et D2 .lorsque l’interrupteur commandé H2 est fermé, la diode D1 conduit. Puis le phénomène se reproduit identique à lui-même.
Etude expérimentale : Après avoir réalisé le montage de l’alimentation push-pull. On branche entre les bornes F1 et F2 un rhéostat de 120 réglé sur 60 environ. On visualise les tensions aux bornes des transistors, ainsi que les courants qui les traversent
les courants Ih1,ih2 :
ih1(A)
t(s)
ih2(A) t(s)
On choisit une fréquence de commutation de l’ordre de 200 HZ et un rapport cyclique de 0,2
Lorsque l’interrupteur H1est fermé, la diode D2 conduit on a les équations Suivantes :
( nsnp11E ) ; V h 1=0 V ; V h=2 E
Up1 ( t )=E ; Us1 ( t )=
( nsnp22E ); Up 2=E ; Ul(t )=(ns 2 E /np 2)−V
Us 2=
0
Is 2 ( t ) =il ( t ) ; Ud 2 (t )=0; Ud 1( t)=us 1
Lorsque l’interrupteur H2 est fermé, la diode D1 conduit on a les équations suivantes : U h 2=0 ; Ud 1=0 ; Up 2=E ; Up1=E ;
( nsnp11E ) ; Us 2=( nsnp22E ); Ud 2=us 2; V h 2=2 E
Us1=
(
Is 2=il ; Ig= ns 2
il np 2
)
;
Lorsque H1 et H2 sont ouverts : ce cas prend place lorsque Ip1=ip2=0 flux primaire=0 Or il=id1+id20 (continuité du courant de la bobine L) D1 et D2 conduisent le même courant il=2id1=2id2 Vu la polarité de S1 et S2 on a flux secondaire égale à0 D1 et D2 sont conductrices
d’où
us1+us2=0
Or uS 1 =uS 2 Donc ul=-v0
Calculons la valeur moyenne de la tension aux bornes de la charge :
( npns11VE0 ) KT / L
il ¿ h 1on=
il ¿ h 2 off , h1 off =
v0 (1/ 2 K )T L
On a :
En régime permanent : il ¿ on+il ¿ off =O d ’ ou v 0=2 E
( nsnp ) k
Formes d’ondes :
Remarque : les tensions us1(t) et us2(t) ont la même forme, de même pour les tensions up1(t) et up2(t) (np1=np2=np, ns1=ns2=ns)
Lorsque l’interrupteur H1 est fermé, la diode D2 conduit. L’énergie est emmagasinée dans la bobine et transférée simultanément à la charge .lorsque les interrupteurs H1 et H2 sont ouverts, l’énergie emmagasinée dans la bobine permet de maintenir la continuité du courant dans la charge par l’intermédiaire des diodes D1 et D2.
CONCLUSION : Ce TP nous a permet de comprendre le principe d’alimentation à découpage Forward et push-pull, on peut déduire que pour le Forward on :
¿ u=(
knsE ) np1 , le transistor doit être dimensionné sur
la tension d’alimentation. Alors que ¿ u=2(
knsE ) np
pour le push-pull on a :
, les transistors doivent être dimensionnés sur le
double de la tension d’alimentation.
