Fréquence de découpage..
Les alimentations à découpage (SMPS, pour Switched Mode Power Supply) fonctionnent en convertissant une tension d'entrée continue ou alternative en une tension continue de sortie via un processus de commutation rapide.
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| Fréquence de découpage |
La fréquence de découpage est une caractéristique clé qui influe directement sur les performances, la taille, l'efficacité, et le bruit d'une alimentation à découpage.
Définition et Valeurs typiques
La fréquence de découpage est la fréquence à laquelle le transistor de commutation (MOSFET, IGBT ou autre) s’ouvre et se ferme pour contrôler l’énergie transférée entre l’entrée et la sortie via un transformateur.
Valeurs typiques de fréquence de découpage
- Alimentations basse fréquence :
Fréquences entre 20 kHz et 50 kHz.
- Avantages : simplicité de conception et faible contrainte thermique sur les composants.
- Inconvénients : transformateurs et inductances plus volumineux.
- Alimentations haute fréquence :
Fréquences entre 100 kHz et plusieurs MHz
- Avantages : réduction de la taille des composants magnétiques (transformateurs et inductances).
- Inconvénients : plus de pertes de commutation, complexité accrue, et exigences élevées en termes de gestion des interférences électromagnétiques (EMI).
Facteurs influençant le choix de la fréquence :
a. Taille des composants magnétiques
- Plus la fréquence de découpage est élevée, plus les transformateurs et inductances peuvent être petits, car ils nécessitent moins de matériau pour stocker ou transférer la même quantité d'énergie.
- Cela permet de construire des alimentations plus compactes.
b. Efficacité énergétique
- À des fréquences élevées, les pertes de commutation des transistors augmentent en raison des transitions plus fréquentes entre les états « ON » et « OFF ».
- Une fréquence trop basse augmente les pertes de conduction dans les composants magnétiques et peut engendrer des ondulations plus importantes.
- Le compromis doit être trouvé pour maximiser l'efficacité.
c. Gestion des EMI
- Des fréquences élevées peuvent générer plus d'interférences électromagnétiques. Cela nécessite des filtres plus efficaces pour atténuer le bruit.
d. Application spécifique
- Les alimentations pour des appareils grand public utilisent typiquement des fréquences entre 50 kHz et 150 kHz.
- Les alimentations destinées à des appareils sensibles ou de haute performance (comme en radiofréquence) peuvent utiliser des fréquences de l’ordre du MHz.
Calcul et réglage de la fréquence
La fréquence est déterminée par l’oscillateur interne ou externe du contrôleur de l’alimentation à découpage (comme le TL494 ou le UC3843). Elle est donnée par des composants externes, tels que :
- Une résistance (R) et un condensateur (C) qui définissent la période de l’oscillation.
Exemple :
f = 1 / k × R × C
où (k) dépend du type de contrôleur.
Exemple de fréquence pour des topologies communes
* Flyback (alimentations de faible puissance) : 50 kHz à 200 kHz.
* Forward (alimentations de puissance moyenne) : 100 kHz à 250 kHz.
* Half-Bridge ou Full-Bridge (haute puissance) : 50 kHz à 100 kHz.
* Alimentations résonantes : 500 kHz à 1 MHz et plus.
La fréquence de découpage dans une alimentation à découpage est un paramètre crucial influençant la performance globale. Elle dépend du compromis entre la taille, l'efficacité, la dissipation thermique, et la gestion des EMI. Des valeurs typiques varient de 20 kHz à plusieurs MHz en fonction de l’application et des exigences spécifiques.
