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(Talon réponse AG 2015)

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Licence SARI . I.U.T. G.E.I.I. Salon
TP 4 Alimentation à découpage FLYBACK CAO
A-PREPARATION
Remarque : les questions notées « QP.. . » sont à traiter pendant la préparation du TP
I. Rappel sur le principe d’une alimentation à découpage de type « Flyback »
Le but recherché et de diminuer l’encombrement et la masse des alimentations, tout en améliorant
leur rendement. Pour cette alimentation « Flyback », on utilise un circuit magnétique et deux
temps :
 Premier temps :
Stockage de l’énergie magnétique en mettant une bobine primaire sous tension
continue (~300 V) pendant un temps très court (~15 µs)
 Deuxième temps :
Restitution de cette énergie vers le secondaire où un condensateur stocke l’énergie
Schéma de principe :
représentation possible du même schéma :
E
V
1
V
2
Comma
nde
V
s
T
Le transformateur peut-être symbolisé par le schéma suivant :
(L représente la self de magnétisation du transformateur)
Avec les relations suivantes:
V1 = L
diL
dt
m= n2/n1
V2 = -mV1
i1 = m i2
iT = i1 + iL
1. Premier temps : fermeture de T :
iT = iL
D’où les allures des courants et tensions :
V2
Page 2
2. Deuxième temps : ouverture de T :
D’où les allures des courants et tensions
:
Question QP I-1 :
Sur le chronogramme des tensions ci-dessus, repasser V1 en bleu et V2 en rouge
Sur le chronogramme des courants ci-dessus, repasser i1 en noir, i2 en rouge, iT en bleu,
et iL en vert.
Page 3
3) Calcul de la tension de sortie Vs :
V1 a une valeur moyenne nulle puisque c’est une tension aux bornes d’une self .
Ainsi :
VS
ET  (1   )T  0
m
QP I- 2 : En déduire la valeur de la tension Vs de sortie
II. Étude du schéma d’ensemble
Sur ce type d’alimentation, la tension réseau (PHase / NEutre) est tout d’abord redressée, puis
filtrée.
QP II- 1
Isoler (en les encadrant en noir) sur le plan fourni en annexe 1 les éléments assurant cette
fonction
On obtient alors une haute tension continue repérée (+HT, -HT)
QP II- 2
Quelle est la valeur de cette tension pour un réseau fournissant 240V ~ ?
Cette tension continue est ensuite “découpée”: on applique périodiquement cette
tension aux bornes de l’enroulement primaire d’un transformateur grâce à un transistor de
puissance , qui fonctionne en commutation (soit bloqué, soit saturé)
QP II- 3
Encadrer en rouge ces deux derniers éléments
On obtient alors au secondaire du transformateur une tension carrée, alternativement
positive/négative, qui est redressée, puis filtrée .
QP II- 4
Repérer en vert sur le plan les éléments assurant ces deux dernières fonctions
Vous disposerez lors de la manipulation d’une alimentation à découpage du constructeur
Merlin Gérin, référencé 71011
QP II- 5
Donner les caractéristiques de sortie (courant, tension de cet appareil) selon les
indications du constructeur fournies en annexe 2
Page 4
III.
Tolérance sur la tension d’entrée
(Voir les documentations constructeur en annexe 2)
QP III- 1
Quelle est la plage admissible de la tension à l’entrée ?
QP III- 2
Lorsqu’on fait varier la tension d’entrée dans cette plage et la charge en sortie de 0 à 100% ,
quelle est la fourchette de variation de la tension de sortie garantie par le constructeur ?
B - MANIPULATIONS
On se propose de reproduire le fonctionnement de ce type d’alimentation à l’aide d’un logiciel de
simulation : PSIM
Créez votre propre répertoire de travail dans eep1geii/etudiants/SARI / (votre nom de Binôme)/FLYBACK
PSIM
Copier le fichier flyback_4.sch dans votre répertoire de travail, puis ouvrez le avec PSIM
Voici le schéma étudié :
1) Redressement – Filtrage
Lancer la simulation avec les paramètres suivants (simulation control)
Page 5
Reporter sur le graphe suivant l’allure de la tension issue du redressement/filtrage du réseau, Vred ;
a) Pourquoi cette tension est-elle ondulée ? Quelle est sa fréquence d’ondulation ?
b) Changer la valeur du condensateur : C1= 4700µF (attention µ = u sous PSIM)
c) Commentez alors les changements sur l’allure de la tension redressée
Remettre 470µF pour la suite
d) Reporter sur le même graphe l’allure du courant absorbé par l’alimentation Iréseau
e) Expliquer sa forme
2) Découpage
Régler par la suite les paramètres de simulation suivants :
Page 6
2-a) Transformateur :
Au sujet des tensions
Reporter sur les chronogrammes ci-dessous :
- la tension au primaire du transformateur : « Vprimaire »
- la tension au secondaire du transformateur : « V sec »
2-a 2) Indiquer ci-dessus le moment où le transistor de puissance conduit :
le circuit magnétique emmagasine alors de l’énergie
2-a 3) Indiquer le moment où la diode de redressement au secondaire conduit :
le circuit magnétique restitue alors l’énergie précédemment emmagasinée
L’outil « longue vue » :
dans la courbe
vous fournit les valeurs de temps et de tension (ou de courant) où vous voulez
2-a 4) Relever la période de la tension primaire à l’aide de l’outil longue vue .
En déduire la fréquence de découpage ;la comparer avec la fréquence du triangle de
la commande.
2-a 5) Evaluer le rapport de transformation m au vu de ce chronogramme
2-a 6 ) Comparer la valeur trouvée avec le rapport de transformation du transformateur utilisé
dans cette simulation.
Page 7
Au sujet des courants
Reporter sur les chronogrammes ci-dessous :
- le courant au primaire du transformateur : « I1»
- le courant au secondaire du transformateur : « I2 »
2-a-6) Quelle est la valeur maximale du courant dans le primaire du transformateur ?
2-a-7) Même question au secondaire
2-a-8) Quel est le rapport entre ces deux valeurs crêtes ?
2-a-9) Comparer avec le rapport de transformation m
2-b) Le transistor
2-b-1) Visualiser la tension aux bornes du transistor Vtr (sans la reporter )
2-b-2) Quelle est sa valeur maximale ?
C’est un des inconvénients de ce type d’alimentation (Flyback) : haute tension sur le
transistor
3) Tension de sortie
3-a) Visualiser (sans les reporter) la tension de sortie Vs et la tension secondaire Vsec
3-b) Justifier l’allure de Vs
Page 8
La valeur de la tension continue de sortie est donnée par l’expression :
Vs 
m
E
1
 : rapport cyclique de commande
E = valeur moyenne de la tension redressée-filtrée
Et m : rapport de transformation du transformateur
Avec
3-c) Tracer l’allure théorique de la tension Vs en fonction de à E fixée.
3-d) Si la valeur de E vient à baisser, comment doit réagir l’asservissement sur  pour remonter
Vs ?
3-e) En utilisant :


la valeur de m du transformateur m =
du rapport cyclique actuel (on compare une dent de scie d’amplitude 10V avec une
tension continue de valeur 6V) voir ci-dessous :=

et de la valeur moyenne de la tension redressée (à mesurer sur PSIM) : E =
…. calculer la tension Vs qu’on doit obtenir en sortie de l’alimentation
3-f) Visualisation de Vs et comparaison avec la valeur précédente.
Pour simplifier la méthode de mesure (s’affranchir des notions de « total time » etc …) vous
pouvez visualiser la tension de sortie avec un oscilloscope en « free-run » :
Placer tout d’abord un oscilloscope (après une source de tension) à l’endroit que vous voulez
visualiser :
Page 9
Puis passer en free-run :
Lancer la simulation, et double-cliquez sur l’oscilloscope pour voir Vs
Pour arrêter la visualisation, cliquez sur le sens interdit.
Comparer alors Vs calculée avec la valeur que vous obtenez par le logiciel.
Conclusion ?
4) Rendement
C’est l’une des principales qualités de ce genre d’alimentation (à découpage)
Pour mesurer la puissance absorbée à l’entrée, utiliser le Wattmètre sous PSIM :
Page 10
Remarque : le WattMètre que vous utiliserez avec votre version actuelle de PSIM sera légèrement
différent
La valeur de la puissance mesurée vous sera donnée par « W1 » après avoir lancé la simulation.
Vous modifierez les paramètres de simulation comme suit :
a) Mesurer la puissance absorbée par l’alimentation, à l’entrée donc)
(prendre la valeur moyenne de la courbe fournie)
b) Calculer la puissance fournie par l’alimentation (produit Vs x Is ….)
c) En déduire le rendement de l’alimentation. Conclusion ?
Remarque : une alimentation dite de laboratoire (« linéaire » donc) de cette puissance, a un rendement de
35 à 40%
5) Asservissement de la tension de sortie
On désire ici obtenir une tension continue de sortie de 24V, quelles que soient les variations de la tension
alternative d’entrée
5-1) Vérifier que la valeur de la tension de commande Vcom = 5,2 V donne une tension de sortie Vs = 24 V
5-2) Faire passer Vréseau de 230 V~ à 190V~ ; que se passe-t-il sur Vs ?
Cette alimentation doit être asservie en tension, c’est-à-dire qu’une variation de la tension alternative
d’entrée (par exemple passer de 230V~ à 190V~ ou 260V~) ne doit pas avoir d’influence sur la valeur de la
tension continue de sortie.
Il faut donc installer un asservissement rajouter les fonctions A B C D et E suivantes :
Page 11
A
E
D
C
B
Avec
 A = sonde de tension avec isolation
 B= oscilloscope une voie (en bas)
 C = limiteur pour faire en sorte que la tension arrivant sur le + du comparateur ne dépasse jamais les
limites du triangle :


D = gain proportionnel K de l’asservissement : le régler à 10
E= soustracteur « comparant » la consigne et le retour
Passer en mode « free run »
5-3)
Observer alors la tension de sortie de l’alimentation lorsque la tension réseau chute à 190V~.
Conclusion ?
Page 12
5-4)
Influence du gain proportionnel
Le gain proportionnel permet d’améliorer la précision et la rapidité d’un asservissement.
a) Si le gain est trop faible l’asservissement est très peu précis :
régler K=1 et observer la sortie de l’alimentation
b) Si le gain est trop fort il y a risque d’instabilité :
régler K=100 et observer la sortie de l’alimentation
5-4)
Changement de la valeur de Vs
Faire en sorte maintenant que la tension de sortie soit égale à 15V (avec K= 10)
7) Comparaison avec une alimentation linéaire :
Vous disposez de deux alimentations supplémentaires :


Une alimentation linéaire, c’est à dire utilisant un transformateur classique, à 50 Hz, suivi
d’un pont redresseur + condensateur + régulateur. (Remarque, cette alimentation ne comporte
pas de transistor fonctionnant en découpage : pas de perturbation rayonnée donc.)
Une alimentation d’ordinateur (à découpage)
a) Donner la puissance de ces deux alimentations.
b) Comparer le poids et le volume des deux appareils. D’où vient cette différence ?
c) Complexité : laquelle des deux alimentations vous semble moins complexe, donc plus fiable ?
III- Dépannage
Vous disposez d’une alimentation Flyback hors service.
En vue de sa réparation, on veut identifier certains composants .
Les noms des composants de la documentation page 30 ne correspondent pas à ceux écrits sur la plaque de
circuit imprimé du montage en panne
Remplir le tableau suivant :
Nom sur le plan
Diodes D6 D7 D8 D9
Résistances R7 R8 R9 R10 R11
Transistor TR4
Nom sur la plaque de circuit imprimé
IV - CONCLUSION
En vous appuyant sur tout ce qui précède, résumer les avantages et inconvénients de
ce type d’alimentation, en particulier du point de vue rendement, volume, poids,
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