fonctionnement et principes des alimentations a decoupage haute

FONCTIONNEMENT ET PRINCIPES DES ALIMENTATIONS
A DECOUPAGE HAUTE FREQUENCE
Société Destinataire
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Nature du document
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Date
ACORE INDUSTRIE
ACORE INDUSTRIE
Descriptif technique
V1.0
01 février 2005
M.Fuzier / M.Germain
Siège et Usine:
Z.I. de Tharabie - 60, rue du Ruisseau 38295 SAINT QUENTIN FALLAVIER - FRANCE
 04 74 94 33 33 - 04 74 95 63 25 - e-mail: [email protected]
http://www.acore-industrie.com
S.
A.auc
api
t
alde250.
000€-SI
RETn°39953460100030
Code APE 311 A - TVA n° FR35 399534601
Révision
V1.0
Liste des évolutions
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ACORE INDUSTRIE
Ver. 1.0
Date
01 février 2005
Nom
M Fuzier
M Germain
Descriptif technique
ALIMENTATION HF À IGBT
Diffusion
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Préambule
Ce document a pour but de vulgariser le fonctionnement des alimentations à découpage et de donner les
points de contrôles de bases pour une aide au diagnostique de dépannage.
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Sommaire
1.
Descriptif du système _____________________________________________________________5
1.1.
Electronique de puissance___________________________________________________ 5
1.1.1.
1.1.2.
1.1.3.
1.1.4.
1.1.5.
1.1.6.
1.1.7.
1.1.8.
1.2.
Electronique de commande et de régulation ___________________________________ 11
1.2.1.
1.2.2.
1.2.3.
Consigne et régulation_____________________________________________________________________ 11
Pilotage des éléments de puissance___________________________________________________________ 12
Traitement des défauts ____________________________________________________________________ 13
1.3.
Synoptique global électronique de commande _________________________________ 14
1.4.
Cartes électronique________________________________________________________ 15
1.4.1.
1.4.2.
1.4.3.
2.
Carte de régulation EL50 __________________________________________________________________ 15
Carte Alimentation EL52 __________________________________________________________________ 17
Carte Interface Isolée EL60_________________________________________________________________ 20
Contraintes environnementales____________________________________________________21
2.1.
Ambiante ________________________________________________________________ 21
2.2.
Perturbations électromagnétiques ___________________________________________ 21
Sc
hé
mat
y
ped’
unr
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dr
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s
s
e
ur_____________________________________________________21
3.
3.1.
Auxiliaire et électronique ___________________________________________________ 21
3.2.
Puissance _______________________________________________________________ 21
4.
Composants ___________________________________________________________________24
4.1.
Contrôle _________________________________________________________________ 24
4.2.
Remplacement____________________________________________________________ 24
4.2.1.
4.2.2.
4.2.3.
5.
Fonctionnement du Push-Pull ________________________________________________________________ 5
Modul
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Définitions_______________________________________________________________________________ 7
Pont en H________________________________________________________________________________ 8
Pont en ½ H______________________________________________________________________________ 9
Ondulation de tension en sortie ______________________________________________________________ 10
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____________________________________________________ 11
Montage IGBT__________________________________________________________________________ 24
Montage pont de diodes __________________________________________________________________ 24
Montage des diodes ______________________________________________________________________ 24
Aide au diagnostique pannes éventuelles ____________________________________________25
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1. Descriptif du système
Afin de mieux comprendre, nous allons décrire chaque ensemble constituant une alimentation.
1.1.
Electronique de puissance
Compte tenu del
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montage en pont symétrique communément appelé Push-Pul
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transformateur hf.
1.1.1.
Fonctionnement du Push-Pull
Le fonctionnement du Push-Pull est le suivant :
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2
3
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OFF
ON
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5
4
6
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1.1.2.
Modul
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engendre un courant magnétisant qui tend très rapidement vers le court-circuit.
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niveau de la MLI de commande des IGBT.
1.1.3.
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en quatre étapes :
Conversion alternatif-continu :
Redresseur à diodes qui transforme le réseau triphasé ou monophasé en une tension continue (on
parlera de redressement primaire et de tension intermédiaire) ;
Conversion continu-alternatif :
Onduleur haute fréquence qui fournit des créneaux rectangulaires alternatifs symétriques. Celui-ci
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choix entre les deux dispositifs est lié à la puissance à fournir ;
Conversion alternatif-alternatif :
Transformateur haute fréquence qui transforme les créneaux au primaire en des créneaux au
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Redresseur final à diodes qui délivre la tensionc
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rares exceptions du type va et vient. Le transformateur est conçu en conséquence.
Accessoirement des filtres LC bloquent la haute fréquence aux endroits où elle est indésirable. En
particulier entre l
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1.1.4.
Définitions
Pu
Puissance utile
Ud
Id
Tension continue de sortie
Courant continu de sortie
Up
Tension continue intermédiaire
Ip
Courant continu intermédiaire
U I
 d d
Pa
1.1.4.1.
Rendement
Pa
puissance active ligne
1.1.4.2.
P
fp  a
S
Facteur de puissance
S puissance apparente ligne = I eff ligne U eff ligne 3
Tauxd’
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1.1.4.3.
U d2 eff - U d2
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Ud
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on.
Cette valeur est importante, car certains traitements nécessitent de faibles taux
Pour mesurer cette valeur, suivant les instruments dont nous disposons, nous appliquons deux méthodes :
Mesure de la valeur efficace U d2 eff - U d2 avec un voltmètre efficace vraie et Ud avec un multimètre
valeur continue
Méthode du premier harmonique :s
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harmonique : u d U d U1sin(1t 1 ) alors U d2 eff U d2  1
2
U2
(U d2  1 ) - U d2
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U
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Ud
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te de sortie, on relève la valeur
moyenne de sortie et on applique la formule qui nous donne un résultat certes approché mais
pessimiste par rapport à la valeur réelle. Cela ne pénalise donc pas le client.
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1.1.4.4.
THD Taux de distorsion harmonique global
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continue. Insuffisance
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THD 
I eff ligne
Il mesure le contenu harmonique du courant ligne. Avec une alimentation à découpage,
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ligne.
1.1.4.5.
Rapport cyclique D (duty)
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-période et la période : D  sa
T
valeur est au maximum de 0,5 (t = 1/2 T).
En théorie, la tension continue de sortie U d 2U s D où Us est la tension crête au secondaire du
transformateur Haute Fréquence.
1.1.5.
Pont en H
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Id
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T
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1
En effet, on voit que le rapport cyclique est au maximum en butée à D max 2
 - m  - f tm ;
T
2 T 2
agissant directement sur la tension moyenne maximum disponible en sortie.
Actuellement, nous ne descendons pas en dessous de 6µs.
On voit également que dans la relation de la butée Dmax, plus on descend en fréquence, meilleure est
cette butée :
Exemple : à 15 Khz Dmax = 0,41 à 10 Khz Dmax = 0,44 soit 7,3% de mieux !
1.1.6.
Pont en ½ H
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Id
Up
Ud
Avantages de ce schéma par rapport au pont en H :
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dissymétrie. Il ne peut y avoir de composante continue de courant dans les condensateurs ;
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Le coût est « globalement »moi
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ya que deux IGBT au lieu de quatre ;
Inconvénients :
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est réservé aux faibles puissances ;
-
Les condensateurs C3 et C4 travaillent à des courants importants. Le choix de ces
condensateurs est délicat (très faible résistance série).
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1.1.7.
Ondulation de tension en sortie
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Exemple : 16V 1000A Rcharge = 16 mainsi avec une résistance série de Rs = 4 m, le condensateur
R charge
16
ne pourra dériver au mieux que

soit 80% du courant hf, reste 20% sur la charge.
R charge R s 16 4
Pour les forts courants et faible tension le condensateur devient inutile pour filtrer la hf (6V 5000A
Rcharge = 1,2 m).
Une ondulation Basse Fréquence pr
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300 Hz. Le filtrage peut se faire soit en sortie, soit sur la tension intermédiaire.
En sortie le courant est très important. Cela rend la réalisation des inductances très problématique. Ce
filtrage se fait donc sur la tension intermédiaire.
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