Rapport BE Alimentation
à découpage
FORWARD
Etudiants : Encadrés par :
BIAZ Aimen
BELLEFQIH Adil
HACHOUM anass
M. RISALETTO
Damien
M. DEDIEU Joel
Introduction
L’objectif de ce bureau d’étude et de concevoir un convertisseur de type FORWARD,
Répondant au cahier des charges ci-dessous. Lors de la réalisation de notre alimentation, nous
étions amenés à concevoir (le transformateur) et à choisir les autres composants (Inductances,
capacités), puis à les placer sur notre circuit. Nous avons mis en place une régulation de
tension et effectuer des mesures que ce soit en boucle ouverte ou fermée afin de tester les
performances de notre alimentation.
Cahier des charges
Tension d’entrée : E=40 V
Tension de sortie : Vs = 5 V
Puissance nominale de sortie : Pnom = 20 W
Courant maximal de sortie : Icc = 6 A
Fréquence de découpage : f = 50 KHz
Ondulation maximale du courant dans l’inductance : ΔI=Imax-Imin=20% de Is
Ondulation maximale de la tension de sortie : ΔVs=1% de Vs
Ondulation maximale de la tension d’entrée : ΔVe=3% de E (consécutif à une
coupure de l’alimentation d’entrée de 1 ms)
Courant magnétisant du transformateur : Im<5% du courant primaire
Le rapport de transformation m1 du transformateur est choisi tel que l’on admet une
chute de tension moyenne entre la tension du secondaire du transformateur V2 et la
tension de sortie Vs de l’ordre d’un volt.
Alimentation régulée en tension et limitée en courant.
Fréquence de coupure en boucle ouverte (sans correcteur) : fc=130 Hz
Séance 1 : Le Mosfet
L’objectif de cette séance est de choisir le composant de puissance le plus convenable pour
notre alimentation. En tenant compte des critères suivants :
- La tenue en tension
- Le calibre en courant
- Les pertes
Nous devons choisir le MOSFET parmi les références suivantes :
- IRF620
- IFR630
- IRF640
Dans la suite nous, allons détailler les calculs suivants :
1. Tenue en tension :
La tension maximale supportée par le MOSFET apparait pendant la phase de
démagnétisation (la diode D3 est passante).
Vmax = (1 +
) *E
Figure 1 : Schéma de principe d’un Forward
Etant donné que n3 = n1 :
Vmax = 2*E
En prenant le facteur de sécurité de deux (du fait de la surtension causée par l’inductance de
fuite entre n3 et n1), le calibre du MOSFET est :
Vdsmax ≥ 2*Vmax
Application numérique :
Vmax = 80 V Vdsmax ≥ 2*80 = 160 V
2. Calibre en courant :
Le MOSFET doit pouvoir supporter le courant quand l’alimentation est en court-circuit.
Imax = m1 * Icc
Avec m1 =
: le rapport de transformation entre le primaire est le secondaire de notre
alimentation.
Sachant que : m1 =
Avec :
αmax =0.47
Vd = 1V
Vs = 5V
m1 = 0.319 ≈ 0.32
Avec :
Icc = 6A Nous obtenons Imax = 1.914A
Donc nous choisissons un MOSFET avec un calibre en courant Idsmax supérieur à Imax :
Idsmax ≥ Imax = 1.914A
3. Pertes
Outre le fait d’impacter le rendement de l’alimentation, dans l’industrie la valeur des pertes
est utilisée pour dimensionner le système de refroidissement.
Dans la suite nous allons calculer les pertes pour les différents MOSFET misent à notre
disposition afin de choisir le plus convenable (celui qui a le moins des pertes).
3.1 Pertes en conduction :
Sachant que le MOSFET dans le cas passant est équivalent à une résistance entre drain est
source. Les pertes en conductions s’expriment de la manière suivante :
Pc = Rdson * I
2
1eff
Avec :
- Résistance à l’état passant du MOSFET : Rdson
- Courant efficace au primaire : I 1eff
Le courant au secondaire du transformateur I2 est assimilé à des carrées d’amplitude Is et de
rapport cyclique α.
Avec :
m1 = 0.32
Pnom = 20w
Vs = 5V
α = 0.5
Is =
et I2moyenne = 0.5 * 4 = 2A.
I2eff =
=
=
= 2
I 1eff = m1 * I2eff = 0.319 *2
Nous avons calculé les pertes pour les 3 modèles de MOSFET , pour cela nous avons cherché
dans la DATASHEETS les valeurs de Rdson :
IRF620
Rdson = 0.8 Ω
Pc = 0.60552 W
IRF630
Rdson = 0.4 Ω
Pc = 0.30 W
IRF640
Rdson = 0.18 Ω
Pc = 0.13 W
3.2 Pertes en commutation :
Les pertes en commutation constituées des pertes dynamique et des pertes provoquées par
les capacités parasites.
3.2.1 Pertes dynamiques :
Pd = (tdon + tdoff) *E*m1*is*f
Avec :
- Temps de commutation à l’amorçage : tdon
- Temps de commutation au blocage : tdoff
Pertes Grille :
Pertes Drain : Pds = Coss*2*E
2
*f
4. Résistance de grille
La valeur de la résistance de Grille Rg du MOSFET est choisie de sorte que la tension Vgs atteigne le
seuil de conduction (noté Vgs th dans la DATASHEET) en t = 30 ns.
Vgs(t) = VgsTH = Vcom *(1-
)
Avec : la constante de temps : tau = Rg * Ciss
