Alimentations à découpage — Principes généraux, avantages et inconvénients
Aujourd'hui, il est déjà difficile de trouver un transformateur en fer dans n'importe quel appareil électroménager ou alimentation électrique. Dans les années 1990, ils ont commencé à s'estomper rapidement dans le passé, laissant place aux convertisseurs à découpage ou aux alimentations à découpage (en abrégé SMPS).
Les alimentations à découpage surpassent les transformateurs en termes de taille, de qualité de la tension continue résultante, offrent de nombreuses options pour réguler la tension et le courant de sortie et sont traditionnellement équipées d'une protection contre les surcharges de sortie. Et bien que les alimentations à découpage soient considérées comme les principaux fournisseurs d'interférences dans le réseau domestique, leur utilisation généralisée est irréversible.
Alimentation transformateur :
Courant de commutation :
Les alimentations à découpage doivent leur omniprésence aux commutateurs à semi-conducteurs— transistors à effet de champ et Diode Schottky… C'est le transistor à effet de champ, associé à une bobine d'arrêt ou à un transformateur, qui est au cœur de toute alimentation à découpage moderne : dans les onduleurs, les machines à souder, les alimentations sans interruption, les alimentations intégrées pour les téléviseurs, les moniteurs, etc. — de nos jours, seuls les circuits de conversion d'impulsions sont utilisés presque partout en tension.
Le principe général de fonctionnement d'un convertisseur d'impulsions est basé sur la loi de l'induction électromagnétique et est similaire dans ce avec chaque transformateur… La seule différence est qu'une tension alternative avec une fréquence de réseau de 50 Hz est appliquée directement à l'enroulement primaire d'un transformateur de réseau conventionnel et convertie directement (puis, si nécessaire, redressée), et dans une alimentation à découpage, la tension de réseau est d'abord redressé et converti en courant continu, puis converti en une impulsion pour être encore augmenté ou diminué à l'aide d'un circuit spécial à haute fréquence (par rapport au secteur de 50 hertz).
Un circuit d'alimentation à découpage comprend plusieurs composants principaux : un redresseur de secteur, un interrupteur (ou des interrupteurs), un transformateur (ou self), un redresseur de sortie, une unité de contrôle et une unité de stabilisation et de protection. Le redresseur, l'interrupteur et le transformateur (starter) constituent la base de la partie puissance du circuit SMPS, tandis que les blocs électroniques (y compris le contrôleur PWM) appartiennent au soi-disant pilote.
Ainsi, la tension secteur est acheminée à travers le redresseur vers le condensateur du filtre secteur, où une tension constante est ainsi obtenue, dont le maximum est de 305 à 340 volts, en fonction de la valeur moyenne actuelle de la tension secteur ( de 215 à 240 volts) .
La tension redressée est appliquée à l'enroulement primaire du transformateur (inductance) sous forme d'impulsions, dont la fréquence de répétition est généralement déterminée par le circuit de commande de clé et dont la durée est déterminée par le courant moyen de la charge fournie .
Un interrupteur avec une fréquence de plusieurs dizaines à plusieurs centaines de kilohertz connecte et déconnecte l'enroulement primaire du transformateur ou du starter au condensateur de filtrage, inversant ainsi la magnétisation du transformateur ou du noyau du starter.
La différence entre un transformateur et une self : dans une self, les phases de stockage de l'énergie de la source au noyau et de transfert de l'énergie du noyau à travers l'enroulement vers la charge sont séparées dans le temps, tandis que dans un transformateur, cela se produit simultanément.
La self est utilisée dans les convertisseurs sans isolation galvanique de topologies : boost - boost, step - down, ainsi que dans les convertisseurs avec isolation galvanique de topologie inverse. Le transformateur est utilisé dans les convertisseurs à isolation galvanique des topologies suivantes : pont-pont complet, demi-pont-demi-pont, push-pull-push-pull, avant-avant.
Le commutateur peut être unique (convertisseur buck-up, convertisseur direct, convertisseur boost ou buck sans isolation galvanique) ou la section de puissance peut comprendre plusieurs commutateurs (demi-pont, pont, push).
Le circuit de commande du ou des interrupteurs reçoit de la sortie de la source un signal de retour de tension ou de tension et courant de la charge, en fonction de la valeur de ce signal, de la largeur (rapport cyclique) de l'impulsion, qui contrôle la durée de l'état conducteur de l'interrupteur est ajustée automatiquement.
La sortie est organisée comme suit. De l'enroulement secondaire du transformateur ou de l'inductance, ou de l'enroulement unique de l'inductance (si nous parlons d'un convertisseur sans isolation galvanique), à travers les diodes Schottky d'un redresseur pleine onde, une tension pulsée est fournie au filtre condensateur.
Il existe également un diviseur de tension à partir duquel le signal de retour de tension est reçu, et un capteur de courant peut également être présent. La charge est connectée au condensateur de filtrage via un filtre passe-bas de sortie supplémentaire ou directement.