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Démarrage et cycle de l’alimentation à découpage
mercredi 26 septembre 2012, par gerla
Comprendre la séquence de mise en marche

Les alimentations à découpage sont présentes dans tous les systèmes. En cas de dysfonctionnement, il n’est pas toujours possible de remplacer la carte ou le module. Avant toute intervention, il est nécessaire de comprendre quelques principes de base.

Cet article résume la séquence de démarrage et les bases du cycle de découpage d’une alimentation alternée ou "fly-back". (JPG) Cet article fait également référence aux analyses publiées dans les livres "Cours de télévision" et "150 pannes TV". Il est possible de se procurer ces 2 volumes chez Dunod Editeur et dans toutes les bonnes librairies.

1- Rappel du contexte de mise en place de l’alimentation à découpage

La figure 1 donne les circuits susceptibles d’intervenir dans la réalisation du circuit secteur et de l’ alimentation à découpage ou convertisseur alternatif/continu (AC/DC) à proprement parler. Les tensions continues obtenues peuvent être régulées ou non, isolées galvaniquement ou non du réseau (le secteur).

(JPG)

L’énergie est chère. Il est important de la préserver et de la traiter avec efficacité (notion de rendement , voir l’article Synoptique et principe de l’alimentation à découpage sur ce site).

La qualité de l’énergie fournie aux différentes fonctions d’un équipement et la limitation des perturbations engendrées par les différents circuits de transport et de conversion sont également des critères de premier plan.

2- Structure d’une alimentation à découpage

Implantée dans un matériel audiovisuel et multimédia, la carte supportant l’alimentation à découpage comporte en général les composants représentés sur la figure 2.

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carte alimentation (power board)

Dans la partie médiane de la carte électronique, le transformateur et l’ optocoupleur assurent l’isolation galvanique entre la masse primaire et la masse secondaire (voir la figure 3 ). Dans ce contexte, les lignes de tensions secondaires mises à disposition des circuits d’utilisation sont complètement isolées du secteur (réseau de distribution électrique).

Attention (sécurité du technicien et des composants électroniques)

Les éléments du circuit secteur , du primaire de l’alimentation à découpage et/ou associés la masse primaire sont réputés « dangereux » quand la connexion au réseau de distribution électrique est établie. Même après déconnexion du réseau électrique, des charges résiduelles importantes peuvent être conservées dans les condensateurs chimiques , en particulier au niveau du condensateur primaire. Il est nécessaire de prendre les précautions d’usage avant toute intervention.

Schéma synoptique simplifié de l’alimentation fly-back

Les principaux composants de la carte ( figure 2 ) sont repris sur la figure 3 . Connecté au câble réseau 230V, 50Hz, on a choisi d’ajouter un interrupteur secteur . Cet interrupteur permet d’interrompre complètement le fonctionnement des circuits en cas de non utilisation prolongée ( économie d’énergie et sécurité ).

Le circuit de commande de découpage est généralement réalisé par un composant intégré . Le transistor de découpage (quand la puissance mise en jeu est relativement faible) peut également être intégré au composant de commande.

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1ère étape du démarrage : connexion secteur

La prise secteur ( figure 4 ) est connectée au réseau 230V alternatif ; 50Hz . Ensuite, l’interrupteur secteur est fermé.

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2ème étape du démarrage : établissement des tensions continues au primaire

Sur la figure 5 et via les composants du filtre secteur, le pont de diode est alimenté :
-   le condensateur primaire C1 (gros condensateur chimique ) se charge sous une tension de

230 x 1,4 = 310 V environ.

-   Le condensateur de l’ alimentation de service primaire CSP se charge également (plus lentement) à travers une résistance RSP de forte valeur. La valeur 12V de la tension de service primaire est donnée à titre indicatif. Elle peut aller de 8V à 15V selon le circuit de commande utilisé.

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3ème étape du démarrage : initialisation et démarrage du circuit de commande Initialement, le transistor de découpage Q (encore communément appelé( BU en référence à certaines séries de composants ) est bloqué (se comporte en commutateur ouvert ).

Dès l’établissement de la tension d’alimentation, les fonctions internes du composant de commande IC1 sont initialisées ( figure 6 ). L’oscillateur interne ou la "fonction de start" démarre.

(JPG)

4ème étape du démarrage : accumulation d’énergie au primaire du transformateur

Par l’intermédiaire du PWM (et de fonctions de sécurité non représentée), le signal de commande ( figure 7) amène à la saturation le transistor Q (le transistor se comporte alors en commutateur fermé ).

Un courant croissant s’établit dans le circuit primaire. De l’énergie est accumulée (sous forme d’énergie magnétique) dans le transformateur.

Compte tenu du sens de branchement des enroulements secondaires, les diodes DS1 et DS2 sont bloquées. Il ne se passe rien sur les circuits secondaires associés.

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5ème étape du démarrage : transfert d’énergie sur les secondaires

Le transistor de découpage Q est amené au blocage ( commutateur ouvert ). Le courant primaire continue de circuler ( figure 8 ) dans le condensateur en pied de l’enroulement primaire du transformateur et dans l’impédance de fermeture montée en parallèle avec le primaire. Le courant primaire diminue et les polarités des tensions apparaissant sur les enroulements sont inversées. Les diodes secondaires DS1 et DS2 sont passantes. De l’énergie est transférée et stockée sur les condensateurs secondaires . Les tensions secondaires montent et s’établissent.

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6ème étape du démarrage : régulation Une partie de la tension secondaire (ligne 12V dans le cas de la figure 9 ) est prélevée aux bornes de Radj. Cette tension est proportionnelle à la tension de la ligne 12V et de la tension produite aux bornes de CS1. Cette tension (U mesure) détermine le point de fonctionnement de la diode de référence de tension programmable qui commande la LED de l’optocoupleur.

En fonction du niveau des tensions secondaires, l’éclairement de la LED varie et détermine par conséquent l’état de conduction du phototransistor de l’optocoupleur. La commande de régulation ainsi obtenue agit sur la fonction PWM fin d’ allonger ou raccourcir la durée de mise en saturation du transistor de découpage .

Ainsi, la quantité d’énergie traitée sur un cycle de fonctionnement est ajustée à la consommation des charges connectées à l’alimentation.

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En guise de conclusion

Le schéma synoptique et l’analyse précédente permettent d’aborder le principe de fonctionnement de l’alimentation à découpage de type fly-back ( accumulation primaire et transfert/stockage sur les secondaires alternés).

Cette approche est préalable à toute analyse approfondie et à toute analyse de panne mais ne rend pas compte de l’ensemble des problèmes liés au fonctionnement des différents circuits (sécurité en cas de dépassement de tension, de puissance, ...). Des études complémentaires sont développées dans le Cours de télévision (Dunod) et dans 150 pannes TV.

Deux diaporamas sont proposés à l’étude. Le premier diaporama reprend le schéma de principe (fly-back), le démarrage et le cycle de fonctionnement d’une alimentation à découpage. Le second diaporama résume (très simplement) les principes de fonctionnement des transistors (NPN et MOS) de puissance, en commutation.

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