FONCTION ALIMENTATION
1. IDENTIFICATION DE LA FONCTION PRINCIPALE
La fonction alimentation fournit à l’objet technique l'énergie électrique nécessaire
à son fonctionnement.
Dans la plupart des cas, la fonction alimentation transforme les caractéristiques de
l'énergie livrée par le réseau EDF pour les adapter aux conditions de l'alimentation
d'un objet technique
Le fonctionnement des circuits électroniques d'un objet technique nécessite :
 Une alimentation Très Basse Tension Continue
Réseaux EDF
Fonction principale :
( Ve )
Tension continue
( Vs )
Alimentation
Ve ( V )
Vs ( V )
U
230 2
t (s)
t (s)
0
230 2
T= 20ms
Ve : Réseau EDF
Tension sinusoidale
Alternative
Valeur efficace 230V.
Fréquence : 50 Hz
Période : 20ms
Vs : Tension continue
Elle possède la propriété de demeurer constante
quelle que soit la charge appliquée
Formule mathématique :
veM=HISETTE . sin 100..t
1
Objectif :
Pouvoir fabriquer une alimentation permettant d’alimenter notre Objet Technique :
 L’horloge
Notre objet technique nécessite une alimentation Basse Tension Continue de 9V
Nous avons a notre disposition le réseau EDF :Tension sinusoïdale de fréquence 50Hz
et de valeur efficace 230V
2. FONCTION SECONDAIRE
La réalisation de la fonction alimentation nécessite un certain nombre de fonctions
secondaires :
Ut
Ve
Ur
Uc
Vs
Le schéma structurel relatif à la fonction alimentation est le suivant :
Charge
ur
ve
ut
M HISETTE
uc
vs
2
2.1. FS1 : FONCTION ADAPTATION EN TENSION
Cette fonction est composée d’un transformateur
Ne
Transformateur :
Appareil statique à induction
électromagnétique destiné à :
 Transformer l’amplitude d’une
tension sinusoïdale tout en gardant la même
fréquence
vs
ve
composé de :
 Spires ( Enroulement de fil autour de
la structure métallique )
Ns
2.1.1 RAPPORT DE TRANSFORMATION
.
Le rapport de transformation est :
Ns
Ne
Ne : Nombre de spires en entrée
Ns : Nombre de spires en sortie
ve : Tension d’entrée ( Généralement c’est le réseau EDF )
vs : Tension de sortie ( Généralement plus basse que celle d’entrée)
ie : Courant d’entrée
is : Courant de sortie
M HISETTE
3
Exercice d’application : Nous voulons obtenir une tension sinusoïdale de 40V efficace
et nous consommerons 1A en sortie du transformateur qui à 100 spires en entrée
1. Déterminer le rapport de transformation du transformateur
2. Déterminer le nombres de spires nécessaire en sortie du transformateur
3. Déterminer le courant sur le réseau EDF
2.1.2 PUISSANCE DU TRANSFORMATEUR (EN VOLTAMPERE)
Dans le primaire :
Pe = Ve . ie
Dans le secondaire :
Ps = Vs . is
2.1.3 RENDEMENT
Un transformateur n’a donc quasiment pas de perte
 Pe = Ps
Exercice d’application ( suite ):
4. Calculer la puissance de sortie et la puissance d’entrée
5. Que pouvez-vous en conclure
M HISETTE
4
Exercice d’application :
Le transformateur fournit au secondaire, une tension alternative sinusoïdale
d’amplitude efficace 18V.
1) Donner le rapport de transformation en %.
2) La puissance du transformateur utilisé est : 25 VA.
Calculer la valeur du courant Ismax.
3) Si η = 1, calculer le courant Iemax.
4) Représenter l’allure de la tension Ve et VS en concordance de temps
( Préciser période et amplitude de chaque signal )
5) Il y a 100 spires en entrée , calculer le nombre de spires en sortie
M HISETTE
5
2.2
FS2 : FONCTION REDRESSEMENT
Le rôle de FS2 est de rendre unidirectionnelle l'énergie délivrée par le
transformateur.
Cette fonction est réalisée par des diodes à jonction ou par l’utilisation d’un « pont
de diodes »
2.2.1 MONTAGE A PONT DE GRAETZ :
Ut
Ur
Ut : Signal sinusoïdal bidirectionnel
Ur : Signal sinusoïdal redressé
unidirectionnel
Ut ( V )
Ur ( V )
Ut max.
Ur max.
t (ms)
0
t (ms)
0
-Ut max.
Tt = période
Tr = Tt / 2
Caractéristique du signal Ur
Amplitude  Ur max. = Utmax. – 2 UD
Fréquence  f ( Ur ) = f ( Ut ) . 2
M HISETTE
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TRAVAIL DE REFLEXION :
Ut ( V )
t (ms)
Ut max.
Ut
Ut
+
0
Ur
-
-Ut max.
1) Flécher le courant dans le pont de
diode pour les 2 alternances du signal
( Utiliser 2 couleur différentes )
Tt = période
Diode/Alternanc
+
-
D1
2) Dans le tableau ci-contre indiquer
quelles sont les diodes passantes et
bloquées
D2
D3
D4
Exercice d’application : En prenant le schéma ci-dessus
Ut est un signal sinusoïdal de 18V efficace et de fréquence 50Hz
1) Déterminer la valeur de l’amplitude de Urmax.
2) Déterminer la fréquence du signal Ur
3) Tracer en concordance de temps les signaux
Ut et Ur en y indiquant les caractéristiques
Ut ( V )
t (ms)
0
Ur ( V )
t (ms)
M HISETTE
0
7
2.3. FS3 : FONCTION FILTRAGE
Le but de FS3 est de rendre l'allure double alternance issue du redressement en
une tension aussi continue que possible.
Uc
C
Ur
Sans condensateur
Avec condensateur
Ur ( V )
Uc ( V )
Uc max.
Ur max.
0
t (ms)
0
t (ms)
T = Période
T = Période
Le condensateur à un rôle de stockage d’énergie :
 Il se charge pendant la montée de la sinusoïdal
 Il se décharge pendant la descente
M HISETTE
8
Travail de reflexion :
Expliquer pourquoi l’ondulation dépend de la valeur de la charge R
( Donc du courant passant dans cette charge )
Expliquer pourquoi l’ondulation dépend de la période de la tension redressée
Expliquer pourquoi l’ondulation dépend de la capacité du condensateur
En conclusion, l’ondulation dépend de :
 Le courant dans la charge
 La période du signal
 La valeur de la capacité du condensateur
M HISETTE
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2.3.1 TAUX D'ONDULATION
Après filtrage, la tension aux bornes de la charge varie entre :
une valeur maximale Ucmax.
une valeur minimale Ucmin.
Uc ( V )
Uc max.
Uc
Uc max.
Uc min.
0
T = Période
Formule pour caractériser l’ondulation :
Valeur moyenne de Uc :
Ondulation de Uc :
Taux d’ondulation :
M HISETTE
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Exercice d’application : Sachant que
I)
Avec charge : Ucmax. = 18V et Ucmin. = 16V
II)
Sans charge : Ucmax. = 18V et Ucmin = 18V
1) Calculer la valeur moyenne
2) Calculer l’ondulation
3) Calculer le taux d’ondulation
Exercice d’application 2 :
Sachant que l’ondulation de Uc est de 1V et que Uc min = 25V
1)
2)
3)
4)
Calculer Uc max.
Calculer le taux d’ondulation en %
Calculer la valeur moyenne de Uc
Tracer la courbe avec ses caractéristiques
M HISETTE
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2.3.1 CALCUL DU CONDENSATEUR DE FILTRAGE :
L’ondulation dépendant de
–du courant dans la charge
-de la fréquence du signal
-de la capacité du signal
Nous pouvons utiliser la formule approximative suivante pour determiner la valeur
de la capacité à utiliser
Exercice d’application :
Sachant
que notre Objet Technique consomme 1A ,
que nous utilisons le reseau EDF
que nous voulons une ondulation max. de 1V
que Ucmax. = 15V
Calculer la valeur de la capacité a mettre dans notre alimentation
M HISETTE
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2.4
FS4 : FONCTION REGULATION
Les régulateurs intégrés type série se présentent sous forme d’un boîtier 3 broches
Ils possèdent une tension VS (VOUT) très stable et rejettent efficacement les
variations de la tension d’entrée.
Les tensions de régulations ( Vs ) dépendent du régulateur  6V ,9V ,12V ,15V ,18V
VDV
1
Vc
Uc ( V )
VI
G
N
D
2
VO
3
Ich
Vs
Charge
Vs( V )
Uc max.
Uc min.
t ( ms )
0
0
T = Période
Vc : tension d’entrée du régulateur
Vs : tension de sortie du régulateur
VDV = VC – VS
( Attention la tension VDV min est de 3V )
ICH : courant débité dans la charge (courant de sortie du régulateur).
M HISETTE
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Exercice d’application :
En sachant que l’on a un régulateur de 12V, et que notre charge consomme 500mA
1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
M HISETTE
Déterminer la valeur de la tension de sortie ( Vs )
Déterminer la valeur minimum que peut prendre la tension Uc
L’ondulation est de 2V , déterminer la valeur moyenne du Uc
Déterminer la valeur de la tension VDV
Déterminer le courant traversant le régulateur
Déterminer la valeur de la puissance dissipé dans le régulateur
Déterminer la puissance consommé par la charge
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Il existe différents types de régulateurs série :
− Les régulateurs positifs
 Qui effectuent la conversion d’une tension positive en une tension positive de valeur inférieure.
− Les régulateurs négatifs
 Qui effectuent la conversion d’une tension négative en une tension négative de valeur supérieure.
− Les régulateurs bitension
 Qui sont composés d’un régulateur positif et d’un régulateur négatif.
− Les régulateurs ajustables
 Dont la boucle de régulation est externe, et permet des plages de variations de VS allant de 1,2V
à 47V. (IADJ est souvent négligeable)
Définition de quelques termes :
MARGE DE TENSION (DROPOUT VOLTAGE)
C’est la différence de potentiel minimale entre entrée et sortie pour que le régulateur fonctionne
(VDVmin= (VE – VS)min).
LES CONDENSATEURS EXTERNES :
Il est recommandé de placer un condensateur en entrée et un autre en sortie du régulateur, pour
éliminer l’ondulation Haute Fréquence, améliorer le taux de réjection de l’ondulation et stabiliser le
montage.
DISSIPATION MAXIMALE DE PUISSANCE
C’est la puissance maximale dissipable par le régulateur.
La puissance dissipée par le régulateur a pour expression : P = VDV * ICH
LES DIODES DE PROTECTION :
Il est parfois nécessaire d’ajouter des diodes de protection au montage, afin de protéger le
régulateur contre les pointes de
courant induites par les condensateurs (diodes du type 1N4001).
M HISETTE
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Créez l’alimentation de l’horloge
En sachant que la tension aux bornes de la charge
et que l’intensité consommé par cette charge est de
 Vs = 9V
 I = 500mA
1. Faire le schéma électrique pour obtenir cette tension à partir d’ EDF
2. Dessiner pour chaque fonction l’allure de la tension de sortie correspondante
( Vous y indiquerez après vos calculs les caractéristiques sur chaque courbe )
Partie calcul :
3. Déterminer le courant dans la charge
4. On laissera comme Dropout voltage ( VDV =3V ) aux bornes du régulateur
Quelle valeur minimum peut prendre la tension Uc
5. En sachant que la capacité de filtrage nous laisse 1V d’ondulation
En déduire la valeur crête de cette tension de filtrage
6. Déterminez la valeur de Uc moy
7. Calculer la puissance dissipée dans le régulateur
8. Valeur crête et valeur efficace de la tension de sortie du transformateur
9. Quel est le rapport de transformation du transformateur ?
10. En sachant que le transformateur comporte 1000 enroulements au primaire,
combien y a t-il d’enroulement au secondaire
11. Quel est le courant d’entrée du transformateur ?
N.B : Vous disposerez les courbes de sortie sous le schéma électrique
Vous y indiquerez les valeurs déterminer lors de vos calculs
Attention au soin apporter à l’exercice
M HISETTE
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