Nouvelle électronique

Les alimentations isolées galvaniquement sont utilisées dans de nombreuses applications. Il y a différentes raisons à cela.

Dans certains circuits, une isolation galvanique est nécessaire pour des raisons de sécurité. Dans d'autres circuits, l'isolation fonctionnelle est utilisée pour bloquer toute interférence sur les signaux.

Une alimentation isolée galvaniquement est généralement conçue avec un convertisseur flyback. Ces régulateurs ont une conception très simple. La figure 1 montre une conception typique d'un tel régulateur avec un contrôleur flyback ADP1071.

Nous pouvons voir qu'il s'agit d'un convertisseur flyback car les points ne correspondent pas sur le transformateur. Un interrupteur d'alimentation côté primaire (Q1) est utilisé. De plus, un circuit redresseur côté secondaire est requis. Cela peut être exécuté avec une diode Schottky, mais pour des rendements plus élevés, un commutateur actif (Q2 sur la figure 1) est couramment utilisé. Le contrôleur ADP1071 correspondant prend en charge la commande des interrupteurs et assure l'isolation galvanique du chemin de retour FB.

Figure 1. Régulateur flyback typique (convertisseur flyback) pour une puissance jusqu'à environ 60W.

Bien que les convertisseurs flyback soient très populaires, cette topologie a des limites pratiques. Le transformateur T1 de la figure 1 n'est en fait pas utilisé comme un transformateur classique. Lorsque Q1 est à l'état passant, aucun courant ne circule dans l'enroulement secondaire de T1. L'énergie du courant côté primaire est presque entièrement stockée dans le noyau du transformateur.

De la même manière qu'un convertisseur abaisseur stocke l'énergie dans une self (inductance), un convertisseur flyback le fait dans le transformateur. Lorsque Q1 est à l'état bloqué, un flux de courant se développe du côté secondaire de T1. Celui-ci alimente le condensateur de sortie COUT et la sortie en énergie. Ce concept est très facile à mettre en œuvre mais présente des limites inhérentes à des puissances plus élevées. Le transformateur T1 est utilisé comme élément de stockage d'énergie. Pour cette raison, le transformateur peut également être appelé inductance couplée (inductance). Cela nécessite que le transformateur puisse stocker l'énergie requise. Plus la classe énergétique de l'alimentation est élevée, plus le transformateur est gros et cher. Dans la plupart des applications, la limite supérieure est d'environ 60 W.

Si une alimentation isolée galvaniquement est requise pour une puissance plus élevée, un convertisseur direct est un choix approprié. Le concept est illustré à la figure 2. Ici, le transformateur est vraiment utilisé comme un transformateur classique. Alors que le courant traverse Q1 du côté primaire, un flux de courant se développe également du côté secondaire. Le transformateur n'a donc pas besoin de fournir de capacité de stockage d'énergie. En fait, le contraire est vrai. Il faut veiller à ce que le transformateur soit toujours déchargé pendant le temps mort de Q1 afin qu'il n'atteigne pas la saturation par inadvertance après quelques cycles.

Figure 2. Régulateur direct (convertisseur direct) pour une puissance allant jusqu'à environ 200 W.

Pour la même puissance, un convertisseur direct nécessite un transformateur plus petit qu'un convertisseur flyback. Cela rend le convertisseur direct pratique et judicieux pour une utilisation même à des niveaux de puissance inférieurs à 60W. Un inconvénient est que le noyau du transformateur doit être libéré de l'énergie stockée involontairement à chaque cycle, ce qui est mis en œuvre par le câblage de serrage actif avec le commutateur Q4 et le condensateur CC sur la figure 2. Un convertisseur direct nécessite également généralement une inductance supplémentaire L1 du côté sortie. Cependant, grâce à cela, la tension de sortie peut également avoir une ondulation inférieure à celle d'un convertisseur flyback au même niveau de puissance.

Figure 3. Exemple de circuit avec un ADP1074 simulé dans LTspice.

Les circuits intégrés de gestion de l'alimentation tels que l'ADP1074 d'Analog Devices offrent une solution très compacte pour la conception d'un convertisseur direct.

Cette architecture est généralement utilisée lorsque des niveaux de puissance supérieurs à environ 60W sont requis. En dessous de 60 W, un convertisseur direct pourrait également être un meilleur choix qu'un convertisseur flyback basé sur la complexité du circuit et les rendements réalisables. Pour simplifier le choix de la topologie à utiliser, une simulation avec le simulateur de circuit libre LTspice est recommandée. La figure 3 montre le schéma de simulation d'un circuit convertisseur direct ADP1074 dans l'environnement de simulation LTspice.

Coordonnées de l'auteur :Frederik Dostal, ingénieur d'applications sur le terrain, Analog Devices, peut être contacté à :

[email protected]

Ceci est le sixième d'une série de conseils de conception d'ADI.

Suivez les liens ci-dessous pour lire :

Conseils de conception d'ADI : qu'est-ce qu'une boucle chaude ?

Conseils de conception d'ADI : protection contre les surtensions pour les entrées de signaux électroniques sensibles

Conseils de conception d'ADI : Condensateur de dérivation et condensateur de couplage : stabiliser la tension dans le bon sens

Conseils de conception d'ADI : Technologies de mesure de la température

Conseils de conception d'ADI : Génération de tensions à faible bruit