J.-P. FERRIEUX, F. FOREST, "Alimentations à découpage - Convertisseurs à résonance", DUNOD, 3e édition revue et augmentée, 1999.

J.-P. FERRIEUX, F. FOREST, "Alimentations à découpage - Convertisseurs à résonance", DUNOD, 3e édition revue et augmentée, 1999. Copyright - [Précédente] [Première page] [Suivante] - Home

Fiche : [LIVRE122]

Titre : J.-P. FERRIEUX, F. FOREST, Alimentations à découpage - Convertisseurs à résonance, DUNOD, 3e édition revue et augmentée, 1999.

Cité dans :[LIVRE019] J.-P. FERRIEUX, F. FOREST, Alimentations à découpage - Convertisseurs à résonance, 2e édition revue et augmentée, 1994.
Cité dans :[REVUE074] REE N°08, Revue de l'Electricité et de l'Electronique, septembre 1999.
Cité dans :[REVUE075] La revue 3E.I, N°18, Pratiques pédagogiques et réalités industrielles, septembre 1999.
Cité dans :[99DIV060] Recherche sur les REDRESSEURS, février 2015.
Cité dans :[99DIV082] Recherche sur les mots clés DUAL* ou DUAU*, 19 septembre 1999.
Cité dans :[99DIV106] T. LEQUEU, Cours de Physique des Composants - 1999/2000, IUT GEII 2ème année, option EEP, notes de cours, avril 2000.
Cité dans :[99DIV107] Recherche sur les mots clés ALIMENTATION A DECOUPAGE, FLYBACK, FORWARD, août 2013.
Cité dans :[99DIV084] Recherche sur les mots clés RESONAN* ou INDUCTION* ou HEATING, juin 2004.
Cité dans : [DATA019] Liste d'ouvrages en Electronique de Puissance - EDP, LMP site ST et LMP site EIT, novembre 2002.

Auteur : Jean-Paul FERRIEUX
Auteur : François FOREST

Année : 1999
Info : 3e édition revue et augmentée
Mots_clés : électronique de puissance, FLYBACK, FORWARD, BUCK, BOOST, CUK
Site : https://www.dunod.com/sciences-techniques/alimentations-decoupage-convertisseurs-resonnance-principes-composants

Stockage : bibliothèque LMP - site ST.
Fiche : LMP1999-17
Référence : 99xx / LMP
Date_d'achat : 22 juin 1999
Prix :

Stockage : Thierry LEQUEU
Date_d'achat : 8 janvier 2000
Prix : 200 F TTC

Stockage : Bibliothèque LMP - Site EIT.
Fiche : LMP2002-08e
Référence : 2002 xx / LMP
Date_d'achat : 15 octobre 2002
Prix :

Stockage : Bibliothèque LMP - Site EIT.
Fiche : LMP2002-08f
Référence : 2002 xx / LMP
Date_d'achat : 15 octobre 2002
Prix :

Vers : Chapitre I : INTRODUCTION 1
Vers : Chapitre II : ALIMENTATIONS A DECOUPAGE A COMMUTATION COMMANDEE 25
Vers : Chapitre III : ALIMENTATIONS A DECOUPAGE A COMMUTATION NATURELLE 97
Vers : Chapitre IV : LES COMPOSANTS A SEMI-CONDUCTEURS ET LEUR ENVIRONNEMENT DANS LES ALIMENTATIONS A DECOUPAGE 151
Vers : Chapitre V : LES COMPOSANTS PASSIFS DANS LES ALIMENTATIONS A DECOUPAGE 205
Vers : Chapitre VI : MODELISATION DES ALIMENTATIONS A DECOUPAGE 271
Vers : ANNEXE A : CALCUL DU FONCTIONNEMENT STATIQUE DE L'ALIMENTATION A RESONANCE SERIE 297
Vers : ANNEXE B : FONCTIONS DE TRANSFERT DES PRINCIPAUX HACHEURS 305
Vers : BIBLIOGRAPHIE 311
Vers : Bibliographie

FForest.jpg - 27 Ko FForest3.jpg - 27 Ko

Chapitre I : INTRODUCTION 1

1. Présentation des alimentations à découpage 1
1.1. Evolution des systèmes d'alimentations 1
1.2. Principes 1
1.2.1. Alimentations à régulation linéaire 1
1.2.2. Alimentations à découpage 2
1.3. Intérêts et limitations du découpage 2
1.3.1. Composants à semi-conducteurs 2
1.3.2. Transformateur 3
1.3.3. Impact de la fréquence de découpage 3
1.3.3.1. Dimensionnement des filtres 3
1.3.3.2. Limitations du découpage 4
1.4. Comparaison des deux systèmes existants 4

2. Introduction aux convertisseurs d'énergie 5
2.1. Les sources 6
2.2. Principes fondamentaux 8
2.3. Les interrupteurs 8
2.3.1. Caractéristiques statiques 8
2.3.2. Changements d'état d'un interrupteur 9
2.3.3. Classification des interrupteurs 10
2.3.3.1. Interrupteurs à deux segments 10
2.3.3.2. Interrupteurs à trois segments 11
2.3.3.3. Interrupteurs à quatre segments 12
2.4. La commutation 12
2.4.1. La cellule de commutation 13
2.4.2. Détermination des caractéristiques statiques 13
2.4.3. La notion de commutation naturelle 14
2.4.4. Influence de ve et i sur la nature des commutations 15
2.4.5. Influence de la commutation sur la nature des interrupteurs d'une cellule 17
2.5. Règles de la dualité 18
2.5.1. Définitions 18
2.5.2. Application aux interrupteurs 19
2.5.3. Application aux convertisseurs 20
2.6. Eléments de synthèse d'un convertisseur 20
2.7. Remarques générales 23

Chapitre II : ALIMENTATIONS A DECOUPAGE A COMMUTATION COMMANDEE 25

1. Convertisseurs continu-continu sans isolement galvanique 25
1.1. Introduction 25
1.2. Hacheur série (type BUCK) 27
1.2.1. Principe de fonctionnement en conduction continue 27
1.2.2. Principales relations et contraintes sur les composants 28
1.2.2.1. Ondulations de courant et de tension 28
1.2.2.2. Contraintes 30
1.2.2.3. Facteurs de dimensionnement 30
1.2.3. Fonctionnement en conduction discontinue 30
1.3. Hacheur parallèle (type BOOST) 32
1.3.1. Principe de fonctionnement 32
1.3.2. Fonctionnement en conduction discontinue 33
1.3.3. Principales relations et contraintes sur les composants 34
1.3.3.1. Contraintes 34
1.3.3.2. Facteurs de dimensionnement 34
1.3.3.3. Ondulations de courant et de tension 34
1.4. Hacheur à stockage inductif (type BUCK-BOOST) 35
1.4.1. Principe de fonctionnement 35
1.4.2. Fonctionnement en conduction discontinue 36
1.4.3. Principales relations et contraintes sur les composants 38
1.4.3.1. Ondulations 38
1.4.3.2. Contraintes 38
1.4.3.3. Facteurs de dimensionnement 38
1.5. Hacheur à stockage capacitif (hacheur de CUK) 38
1.5.1. Principe de fonctionnement 38
1.5.2. Fonctionnements en conduction discontinue 40
1.5.2.1. Régime discontinu de courant 40
1.5.2.2. Régime discontinu de tension 41
1.5.3. Principales relations et contraintes sur les composants 42
1.5.3.1. Ondulations 42
1.5.3.2. Contraintes 43
1.5.3.3. Facteurs de dimensionnement 43
1.5.4. Couplage magnétique des inductances 43
1.5.5. Hacheurs dérivés du hacheur de Cuk 44
1.5.5.1. Hacheur SEPIC (Single-Ended Primary Inductor Converter) 44
1.5.5.2. Hacheur ZETA 45
1.6. Choix du rapport cyclique 45
1.6.1. Influence des résistances parasites 45
1.6.2. Facteurs de dimensionnement 46
1.7. Tableaux récapitulatifs 47
1.8. Modes de commande 48
1.8.1. Commande à Temps de conduction fixe et Fréquence variable 49
1.8.2. Commande en Fourchette 49
1.8.3. Commande en mode courant 51
1.8.4. Commande auto-oscillante 51

2. Alimentations à découpage asymétriques 52
2.1. Introduction 52
2.2. Alimentation à découpage FLYBACK 52
2.2.1. Principe de fonctionnement en régime continu 53
2.2.2. Principales relations et contraintes sur les composants 54
2.2.2.1. Ondulations 54
2.2.2.2. Contraintes sur les composants 54
2.2.2.3. Facteur de dimensionnement de l'interrupteur 54
2.2.3. Alimentation FLYBACK en régime auto-oscillant 54
2.2.4. Structures FLYBACK entrelacées 56
2.3. Alimentation à découpage FORWARD 58
2.3.1. Principe de fonctionnement en régime continu 58
2.3.2. Principales relations et caractéristiques 61
2.3.2.1. Contraintes sur les composants 61
2.3.2.2. Ondulations 62
2.3.2.3. Facteur de dimensionnement - Choix de m' 62
2.3.3. Variantes du montage FORWARD 62
2.3.3.1. Démagnétisation par réseau RCD 62
2.3.3.2. Démagnétisation par pont asymétrique 63
2.3.3.3. Alimentations Forward entrelacées (montage push-push) 63
2.4. Convertisseur à stockage capacitif isolé galvaniquement 64
2.4.1. Principe de fonctionnement 64
2.4.2. Contraintes 65
2.4.3. Variante à couplage magnétique total 65

3. Alimentations à découpage symétriques 66
3.1. Définition 66
3.2. Montage Push-Pull 66
3.2.1. Fonctionnement à vide 66
3.2.2. Fonctionnement en charge 67
3.2.3. Principales relations et caractéristiques 69
3.2.3.1. Contraintes sur les composants 69
3.2.3.2. Facteur de dimensionnement 69
3.3. Montage en demi-pont 69
3.4. Montage en pont 69
3.4.1. Fonctionnement 69
3.4.2. Principales relations et caractéristiques 71
3.4.2.1. Contraintes sur les composants 71
3.4.2.2. Facteur de dimensionnement 71
3.5. Problèmes inhérents aux structures symétriques 71
3.5.1. Polarisation du transformateur 71
3.5.2. Mise en oeuvre des interrupteurs 72

4. Influence des inductances de fuite sur le transfert de puissance - Exemple du Forward 72

5. Alimentations multi-voies 74
5.1. Présentation du problème technique 74
5.2. Post-régulation magnétique 75
5.3. Commandes mixtes 79

6. Alimentations à absorption sinusoïdale 80
6.1. La correction du facteur de puissance 80
6.1.1. Introduction 80
6.1.2. Définitions 80
6.1.3. La norme EN 61000-3-2 81
6.1.4. Le redressement classique 82
6.1.4.1. Fonctionnement en conduction continue : L de valeur élevée 83
6.1.4.2. Fonctionnement en conduction discontinue : L de valeur faible 83
6.2. Topologies de convertisseurs à absorption sinusoïdale 84
6.3. Exemple du hacheur parallèle 86
6.3.1. Fonctionnement et définition de la loi de commande 86
6.3.2. Dimensionnement des composants 88
6.3.2.1. Dimensionnement des composants à semi-conducteurs 88
6.3.2.2. Dimensionnement du condensateur et de l'inductance 89
6.3.3. Modes de commande 90
6.3.3.1. Fonctionnement en conduction continue 90
6.3.3.2. Fonctionnement en conduction discontinue 91
6.4. Exemple de l’alimentation FLYBACK 93
6.4.1. Analyse en conduction continue 94
6.4.2. Analyse en conduction discontinue 95

Chapitre III : ALIMENTATIONS A DECOUPAGE A COMMUTATION NATURELLE 97

1. Introduction 97

2. Alimentations à découpage quasi-résonnantes 98
2.1. Interrupteurs résonnants 99
2.2. Hacheurs quasi-résonnants 99
2.2.1. Principes de synthèse 100
2.2.2. Fonctionnement - exemple des hacheurs série 101
2.2.2.1. Hacheur série HSRA1 101
2.2.2.2. Hacheur série HSRA2 105
2.2.2.3. Hacheur série HSRB1 107
2.2.2.4. Hacheur série HSRB2 111
2.2.3. Eléments de généralisation (caractéristiques - contraintes) 112
2.2.3.1. Caractéristiques de sortie 112
2.2.3.2. Contraintes et facteurs de dimensionnement 113
2.2.4. Application aux hacheurs à stockage inductif HIRA 115
2.2.5. Régime discontinu-exemple du hacheur série HSRA2 117
2.3. Alimentations à découpage quasi-résonnantes 119
2.3.1. Alimentation FORWARD de type RA1 120
2.3.1.1. Principe de fonctionnement 120
2.3.1.2. Principales relations et contraintes sur les composants 121
2.3.2. Alimentation FORWARD de type RA2 122
2.3.2.1. Principe 122
2.3.2.2. FORWARD RA2 avec démagnétisation résonnante 123
2.3.3. Alimentation FLYBACK de type RA2 127
2.3.3.1. Principe de fonctionnement 127
2.3.3.2. Principales relations et contraintes sur les composants 128

3. Alimentations à découpage à résonance 129
3.1. Principes 129
3.1.1. Rappels des propriétés des circuits résonnants 129
3.1.2. Structures de base - modes de commutation 130
3.1.2.1. Onduleurs de tension à commutation monotype - circuits série 130
3.1.2.2. Onduleurs de tension à commutation mixte - circuits série 131
3.1.2.3. Onduleurs de courant à commutation monotype - circuits parallèles 132
3.2. Convertisseur à résonance série - F > Fo 133
3.2.1. Fonctionnement pour F > Fo 134
3.2.2. Analyse au 1er harmonique 136
3.2.3. Eléments de dimensionnement - contraintes 137
3.2.3.1. Dimensionnement 137
3.2.3.2. Influence des condensateurs
d'aide à la commutation 138
3.2.3.3. Contraintes sur les composants - facteurs de dimensionnement 139
3.2.4. Caractéristiques générales - avantages et inconvénients 139
3.3. Convertisseur à résonance série - F < Fo 140
3.3.1. Fonctionnement pour Fo/2 < F < Fo 141
3.3.1.1. Fonctionnement en régime continu 141
3.3.1.2. Fonctionnement en régime discontinu 141
3.3.2. Fonctionnement pour F < Fo/2 142
3.3.3. Contraintes sur les composants - facteurs de dimensionnement 144
3.4. Caractéristiques de transfert des convertisseurs à résonance série 144
3.5. Convertisseur à résonance parallèle 145
3.6. Convertisseur à résonance série - parallèle 146
3.6.1. Eléments de dimensionnement - contraintes 148
3.6.1.1. Dimensionnement 148
3.6.1.2. Contraintes sur les composants - facteurs de dimensionnement 149

Chapitre IV : LES COMPOSANTS A SEMI-CONDUCTEURS ET LEUR ENVIRONNEMENT DANS LES ALIMENTATIONS A DECOUPAGE 151

1. Eléments sur les composants de puissance 151
1.1. Les diodes 151
1.1.1. Les diodes PIN 152
1.1.1.1. Caractéristiques statiques 152
1.1.1.2. Comportement dynamique 153
1.1.1.3. Quelques ordres de grandeurs à propos des diodes PIN rapides 155
1.1.2. Les diodes shottky 156
1.2. Les composants commandés 156
1.2.1. Le transistor bipolaire 156
1.2.1.1. Caractéristiques statiques 157
1.2.1.2. Comportement dynamique 158
1.2.1.3. Aires de sécurité en commutation 161
1.2.1.4. Quelques ordres de grandeurs à propos des transistors bipolaires 162
1.2.2. Le transistor à effet de champ et grille isolée (MOSFET) 162
1.2.2.1. Caractéristiques statiques 162
1.2.2.2. Comportement dynamique 163
1.2.2.3. Quelques ordres de grandeurs à propos des transistors MOSFET 166
1.2.3. Le transistor "IGBT" 167
1.2.3.1. Caractéristiques statiques 167
1.2.3.2. Comportement dynamique 168
1.2.3.3. Quelques ordres de grandeurs à propos des IGBT 169

2. Commutation et environnement 169
2.1. Forme générale de la commutation commandée dans une cellule interrupteur-diode 169
2.1.1. Approche simplifiée des principaux phénomènes 170
2.1.1.1. Fermeture 170
2.1.1.2. Ouverture 172
2.1.1.3. Pertes par commutation 173
2.1.2. Influence du phénomène de recouvrement des diodes à la fermeture 174
2.1.3. Influence de l'inductance de maille à l'ouverture 176
2.1.4. Bilan sur le problème énergétique de la commutation commandée 176
2.2. Impact des techniques de commutation naturelle 177
2.2.1. Commande de fermeture 177
2.2.2. Commande d'ouverture 178
2.3. Circuits d'Aide à La Commutation (CALC) 179
2.3.1. Principe des circuits d'aide à la fermeture 179
2.3.2. Principe des circuits d'aide à l'ouverture 182
2.3.3. Association des circuits d'aide 183
2.3.4. Exemple de circuits non dissipatifs 185
2.3.4.1. CALC non dissipatif dans une cellule de commutation 185
2.3.4.2. CALC non dissipatif dans une alimentation mono-interrupteur - exemple du Forward 187

3. Circuits d'écrêtage dans les alimentations à découpage 189
3.1. Ecrêtage dans les structures non isolées - exemple de la cellule de commutation 189
3.2. Ecrêtage dans les structures isolées 192
3.2.1. Cas du FORWARD 192
3.2.2. Cas du FLYBACK 196
3.2.2.1. Influence des inductances de fuite 196
3.2.2.2. Introduction d'écrêteurs 196
3.2.2.3. Enroulement auxiliaire 198
3.2.3. Influence des circuits d'aide à l'ouverture 201
3.2.3.1. Cas du Forward 201
3.2.3.2. Cas du Flyback 202

Chapitre V : LES COMPOSANTS PASSIFS DANS LES ALIMENTATIONS A DECOUPAGE 205

1. Les composants magnétiques 205
1.1. Introduction 205
1.2. Les circuits magnétiques 205
1.2.1. Quelques caractéristiques des matériaux utilisables en HF 206
1.2.1.1. Les ferrites 206
1.2.1.2. Les matériaux à entrefer réparti à poudres métalliques 207
1.2.1.3. Les matériaux amorphes 208
1.3. Les bobinages 209
1.3.1. Résistance d'un conducteur en régime alternatif 209
1.3.2. Résistance des bobinages de transformateur en régime alternatif 214
1.3.3. Choix des conducteurs 219
1.3.3.1. Cas des transformateurs 220
1.3.3.2. Cas des inductances 221
1.4. Techniques de dimensionnement 222
1.4.1. Principes fondamentaux 222
1.4.1.1. Transformateurs de tension 222
1.4.1.2. Inductances 224
1.4.1.3. Volume d'un composant magnétique 225
1.4.2. Limites théoriques à une procédure rigoureuse 226
1.4.3. Proposition d'une méthode simplifiée 227
1.4.3.1. Etapes 1 à 5 - Choix de J et des conducteurs 229
1.4.3.2. Etapes 6 à 8 - choix de BM - calcul de A et choix du noyau 229
1.4.3.3. Etapes 9 à 11 - détermination des bobinages 230
1.4.3.4. Calcul de l'entrefer dans le cas des inductances 230
1.5. Etudes de cas 231
1.5.1. Transformateurs de tension - exemple du FORWARD 231
1.5.2. Inductances 233
1.5.2.1. Inductances de lissage 233
1.5.2.2. Inductances de résonance 233
1.5.3. Cas particulier de l'inductance couplée du FLYBACK 233
1.6. Transformateurs d'intensité 235
1.6.1. Relations caractéristiques 235
1.6.2. Eléments de dimensionnement 238
1.7. Modèles électriques simplifiés d'un composant magnétique 240
1.7.1. Modèle inductif 240
1.7.1.1. Composant à deux enroulements 240
1.7.1.2. Composants à trois enroulements 242
1.7.1.3. Détermination des inductances de fuite 245
1.7.1.4. Influence de la fréquence sur les inductances de fuite 252
1.7.2. Capacités parasites 254
1.7.2.1. Localisation 254
1.7.2.2. Détermination des capacités propres 255
1.7.3. Modèle réactif global 259

2. Les condensateurs 260
2.1. Caractéristiques principales des condensateurs 260
2.1.1. Schéma équivalent 260
2.1.2. Limitations d'un condensateur 261
2.1.2.1. Problèmes thermiques 261
2.1.2.2. Problèmes liés à l'inductance série 262
2.1.2.3. Problèmes liés aux courants impulsionnels 262
2.2. Emploi des condensateurs 262
2.2.1. Condensateurs de filtrage 263
Lien : FF3-p264b.jpg - 117 Ko.
2.2.2. Condensateurs de commutation et de résonance 263
2.3. Technologies employées 266
2.3.1. Les condensateurs électrolytiques 266
2.3.2. Les condensateurs céramiques 267
2.3.3. Les condensateurs films 268

Chapitre VI : MODELISATION DES ALIMENTATIONS A DECOUPAGE 271

1. Principes généraux de modélisation 271
1.1. Classification des convertisseurs 271
1.2. Méthode des schémas équivalents moyens 272
1.2.1. Mise en équations 272
1.2.2. Modèle équivalent moyen 272
1.2.3. Exemple 273
1.2.4. Exploitation de la méthode 275
1.3. Méthode des générateurs équivalents moyens 276
1.3.1. Principe de la modélisation 276
1.3.2. Exemple du hacheur série en conduction discontinue 276

2. Modélisation des alimentations à commutation commandée 278
2.1. Alimentation FORWARD 278
2.1.1. Fonctions de transfert en conduction continue. 278
2.1.2. Commande en amplitude 279
2.1.3. Fonctionnement en conduction discontinue 284
2.2. Alimentation FLYBACK 285

3. Modélisation des alimentations à commutation naturelle 288
3.1. Modélisation des convertisseurs quasi-résonnants 288
3.1.1. Principe de la modélisation 288
3.1.2. Application au FLYBACK RA2 288
3.2. Modélisation du convertisseur à résonance série 290
3.2.1. Méthode du générateur équivalent moyen 290
3.2.2. Modélisation dynamique au 1er harmonique 292
3.3. Modélisation du convertisseur à résonance série-parallèle 294

ANNEXE A : CALCUL DU FONCTIONNEMENT STATIQUE DE L'ALIMENTATION A RESONANCE SERIE 297

1. Fonctionnement pour F > Fo 297
1.1. Calcul du courant moyen redressé 299
1.2. Détermination de la tension de sortie Vs en fonction de la fréquence F et de la charge R 300

2. Fonctionnement pour Fo/2 < F < Fo 301
2.1. Conduction continue 301
2.2. Conduction discontinue 302

3. Fonctionnement pour F < Fo/2 303

ANNEXE B : FONCTIONS DE TRANSFERT DES PRINCIPAUX HACHEURS 305

1. Fonctions de transfert du hacheur série 305
1.1. Fonctions de transfert en conduction continue 306
1.2. Fonctions de transfert en conduction discontinue 306

2. Fonctions de transfert du hacheur parallèle 306
2.1. Fonctions de transfert en conduction continue 307
2.2. Fonctions de transfert en conduction discontinue 307

3. Fonctions de transfert du hacheur à stockage inductif 307
3.1. Fonctions de transfert en conduction continue 308
3.2. Fonctions de transfert en conduction discontinue 308
3.3. Fonctions de transfert en régime auto-oscillant 308
4. Fonctions de transfert du hacheur à stockage capacitif 309

BIBLIOGRAPHIE 311

Vers : Bibliographie
Vers : Chapitre I
Vers : Chapitre II
Vers : Chapitre III
Vers : Chapitre IV
Vers : Chapitre V
Vers : Chapitre VI

INDEX 317

Chapitre I

Y. CHERON : "Application des règles de la dualité à la conception de nouveaux convertisseurs à transistors de puissance. Synthèse du thyristor-dual. Domaine d'application", Thèse de docteur ingénieur, Toulouse, 1982.
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  [2] :  [ART270]  R.D. MIDDLEBROOK, S. CUK, A general unified approach to modelling switching converter power stages, IEEE Power Electronic Specialists Conference, 1976, pp. 18-34.

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