L'alimentation à découpage est utilisée pour convertir la tension d'entrée à la valeur requise par les éléments internes de l'appareil. Une autre appellation des sources pulsées, qui s'est généralisée, est celle des onduleurs.
Contenu
Ce que c'est?
L'onduleur est une source d'alimentation secondaire qui utilise la double conversion de la tension d'entrée CA. La valeur des paramètres de sortie est régulée en modifiant la durée (largeur) des impulsions et, dans certains cas, la fréquence de leur répétition. Ce type de modulation est appelé modulation de largeur d'impulsion.
Le principe de fonctionnement d'une alimentation à découpage
Le fonctionnement de l'onduleur est basé sur le redressement de la tension primaire et sa transformation ultérieure en une séquence d'impulsions haute fréquence. En cela, il diffère d'un transformateur conventionnel.La tension de sortie du bloc est utilisée pour former un signal de retour négatif, ce qui vous permet d'ajuster les paramètres des impulsions. En contrôlant la largeur des impulsions, il est facile d'organiser la stabilisation et le réglage des paramètres de sortie, tension ou courant. C'est-à-dire qu'il peut être à la fois un stabilisateur de tension et un stabilisateur de courant.
Le nombre et la polarité des valeurs de sortie peuvent être très différents selon le fonctionnement de l'alimentation à découpage.
Variétés d'alimentations
Plusieurs types d'onduleurs ont été utilisés, qui diffèrent par leur schéma de construction :
- sans transformateur ;
- transformateur.
Les premiers diffèrent en ce que la séquence d'impulsions va directement au redresseur de sortie et au filtre de lissage de l'appareil. Un tel schéma a un minimum de composants. Un onduleur simple comprend un circuit intégré spécialisé - un générateur de largeur d'impulsion.
Parmi les inconvénients des appareils sans transformateur, le principal est qu'ils n'ont pas d'isolation galvanique du secteur et peuvent présenter un risque de choc électrique. De plus, ils ont généralement une faible puissance et ne fournissent qu'une seule tension de sortie.
Plus courants sont les dispositifs de transformateur dans lesquels un train d'impulsions haute fréquence est envoyé à l'enroulement primaire du transformateur. Il peut y avoir autant d'enroulements secondaires que vous le souhaitez, ce qui vous permet de générer plusieurs tensions de sortie. Chaque enroulement secondaire est chargé de son propre redresseur et filtre de lissage.
Une alimentation à découpage puissante pour tout ordinateur est construite selon un schéma qui présente une fiabilité et une sécurité élevées. Pour le signal de retour, une tension de 5 ou 12 volts est utilisée ici, car ces valeurs nécessitent la stabilisation la plus précise.
L'utilisation de transformateurs pour convertir la tension haute fréquence (dizaines de kilohertz au lieu de 50 Hz) a permis de réduire plusieurs fois leurs dimensions et leur poids et d'utiliser non pas du fer électrique, mais des matériaux ferromagnétiques à force coercitive élevée comme matériau de base ( circuit magnétique).
Les convertisseurs CC sont également construits sur la base de la modulation de largeur d'impulsion. Sans l'utilisation de circuits inverseurs, la conversion était associée à de grandes difficultés.
Régime d'alimentation
Le circuit de la configuration la plus courante d'un convertisseur d'impulsions comprend :
- filtre de suppression de bruit réseau ;
- redresseur;
- filtre de lissage ;
- convertisseur de largeur d'impulsion ;
- transistors clés ;
- transformateur haute fréquence de sortie ;
- redresseurs de sortie ;
- produire des filtres individuels et de groupe.
Le but du filtre de suppression de bruit est de retarder les interférences du fonctionnement de l'appareil vers le secteur. La commutation des éléments semi-conducteurs de puissance peut s'accompagner de la création d'impulsions à court terme dans une large gamme de fréquences. Il est donc nécessaire ici d'utiliser des éléments spécialement conçus à cet effet comme condensateurs de traversée des unités de filtrage.
Le redresseur est utilisé pour convertir la tension alternative d'entrée en courant continu, et le filtre de lissage suivant élimine l'ondulation de la tension redressée.
Dans le cas où un convertisseur DC/DC est utilisé, le redresseur et le filtre deviennent inutiles, et le signal d'entrée, après avoir traversé les circuits de filtre de bruit, est envoyé directement au convertisseur de largeur d'impulsion (modulateur), abrégé en PWM.
PWM est la partie la plus complexe du circuit d'alimentation à découpage. Sa tâche comprend :
- génération d'impulsions à haute fréquence ;
- contrôle des paramètres de sortie du bloc et correction de la séquence d'impulsions en fonction du signal de retour ;
- contrôle et protection contre les surcharges.
Le signal PWM est envoyé aux sorties de commande de puissants transistors à clé connectés dans un circuit en pont ou en demi-pont. Les sorties de puissance des transistors sont chargées sur l'enroulement primaire du transformateur de sortie haute fréquence. Au lieu des transistors bipolaires traditionnels, des transistors IGBT ou MOSFET sont utilisés, qui se caractérisent par une faible chute de tension aux jonctions et une vitesse élevée. Les paramètres de transistor améliorés aident à réduire la dissipation de puissance avec les mêmes dimensions et paramètres de conception technique.
Le transformateur d'impulsions de sortie utilise le même principe de conversion que le classique. Une exception est le travail à une fréquence plus élevée. En conséquence, les transformateurs haute fréquence avec la même puissance transmise ont des dimensions plus petites.
La tension de l'enroulement secondaire du transformateur de puissance (il peut y en avoir plusieurs) est fournie aux redresseurs de sortie. Contrairement au redresseur d'entrée, les diodes de redressement du circuit secondaire doivent avoir une fréquence de fonctionnement accrue.Les diodes Schottky fonctionnent mieux dans cette section du circuit. Leurs avantages par rapport aux classiques :
- fréquence de fonctionnement élevée ;
- jonction p-n à capacité réduite ;
- petite chute de tension.
Le but du filtre de sortie de l'alimentation à découpage est de réduire l'ondulation de la tension de sortie redressée au minimum requis. Étant donné que la fréquence d'ondulation est bien supérieure à celle de la tension secteur, il n'est pas nécessaire d'avoir de grandes valeurs de capacité des condensateurs et d'inductance des bobines.
Portée de l'alimentation à découpage
Les convertisseurs de tension à découpage sont utilisés dans la plupart des cas à la place des transformateurs traditionnels avec des stabilisateurs à semi-conducteurs. Avec la même puissance, les onduleurs ont des dimensions et un poids globaux plus petits, une fiabilité élevée et, surtout, une efficacité supérieure et la capacité de fonctionner dans une large plage de tension d'entrée. Et avec des dimensions comparables, la puissance maximale de l'onduleur est plusieurs fois supérieure.
Dans un domaine tel que la conversion de tension continue, les sources pulsées n'ont pratiquement pas d'alternative de remplacement et sont capables de fonctionner non seulement pour abaisser la tension, mais aussi pour en générer une augmentation, pour organiser un changement de polarité. La fréquence de conversion élevée facilite grandement le filtrage et la stabilisation des paramètres de sortie.
Des onduleurs de petite taille basés sur des circuits intégrés spécialisés sont utilisés comme chargeurs pour toutes sortes de gadgets, et leur fiabilité est telle que la durée de vie de l'unité de charge peut dépasser de plusieurs fois la durée de fonctionnement d'un appareil mobile.
Les pilotes de puissance 12 volts pour allumer les sources d'éclairage LED sont également construits selon un circuit pulsé.
Comment faire une alimentation à découpage de vos propres mains
Les onduleurs, en particulier les plus puissants, ont des circuits complexes et ne sont disponibles pour la répétition que par des radioamateurs expérimentés. Pour l'auto-assemblage des alimentations réseau, nous pouvons recommander des circuits simples à faible consommation utilisant des puces de contrôleur PWM spécialisées. Ces circuits intégrés ont un petit nombre d'éléments de cerclage et ont des circuits de commutation typiques éprouvés qui ne nécessitent pratiquement pas d'ajustement et de réglage.
Lorsque vous travaillez avec des structures artisanales ou réparez des appareils industriels, il ne faut pas oublier qu'une partie du circuit sera toujours au potentiel du réseau, par conséquent, des mesures de sécurité doivent être respectées.
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