Alimentation à découpage série

Circuit de base d’une alimentation à découpage série :

Avant d’entreprendre l’analyse d’un circuit complet de régulateur en commutation série, regardons ensemble les deux figures qui suivent. La Figure 2-2 représente le schéma de principe à l’état de conduction. Celle de la Figure 2-3 indique le fonctionnement lorsque l’interrupteur est au repos.

Lorsque l’interrupteur est en position de conduire, la tension d’entrée fournit un courant de charge pour la bobine (L). Ce même courant alimente la charge et le condensateur. Le réseau RLC fait en sorte que la tension de sortie augmente légèrement pendant le temps de conduction. Pendant le demi-cycle de conduction, la diode de commutation (D) est bloquée et aucun courant circule dans cette dernière. 

La tension aux bornes de la bobine est donc la différence entre la tension d’entrée et celle de sortie. Cette différence étant presque constante, il est possible d’utiliser l’expression de l’équation 2.1 afin de déterminer les éléments de calculs d’un tel régulateur.

Lorsque l’interrupteur est en mode de blocage, la bobine n’est plus alimentée par la source. Le champ magnétique, créé par le passage du courant en mode de conduction, permet à la bobine de continuer à fournir le courant de sortie. La loi de Lenz s’applique ici puisque la bobine change ses polarités et devient maintenant générateur de courant. Évidemment, cet effet n’est que temporaire et le courant diminue graduellement, mais de façon linéaire puisque la tension à ses bornes est pratiquement constante. Cette diminution de courant fait en sorte qu’il faut retourner rapidement en mode de conduction pour recharger celle-ci.

Équations du régulateur à découpage série :

Ci-dessous, sont représentées les principales équations du régulateur en commutation série. Toutes ces équations sont dérivées de l’équation de 2.1. Il est important de noter que le taux d’utilisation influence directement la tension de sortie.

Formes d’onde du régulateur à découpage série :

Les formes de la Figure 2-4 indique à quel moment l’interrupteur est en conduction (ton) et à quel instant ce dernier est au repos (toff). De plus, la forme d’onde du bas représente le courant circulant dans la bobine.

Lors du temps de conduction, la bobine se charge à travers l’élément de commutation et la sortie. Lors du temps d’arrêt, la bobine se décharge à travers la charge et la diode de roulement. Cette dernière doit supporter le courant de la charge en plus de commuter à une fréquence élevée. Les composants entourant un circuit de régulation à découpage sont calculés en fonction de la fréquence d’utilisation, de l’ondulation acceptable et du courant circulant dans la sortie. Il ne faut pas oublier que les régulateurs à découpage série sont là pour alimenter des charges élevées. Un tel circuit, lorsqu’il est bien conçu, peut supporter des courants dans les kiloampères.