Fonctionnement des circuits d'alimentation à découpage (SMPS)

Fonctionnement des circuits d'alimentation à découpage (SMPS)

SMPS est l'acronyme du mot Switch Mode Power Supply. Le nom suggère clairement que le concept a quelque chose ou entièrement à voir avec les impulsions ou la commutation des appareils utilisés. Apprenons comment les adaptateurs SMPS fonctionnent pour convertir la tension secteur en une tension CC inférieure.



Avantage de la topologie SMPS

Dans les adaptateurs SMPS, l'idée est de commuter la tension d'entrée du secteur dans l'enroulement primaire d'un transformateur de sorte qu'une tension CC de valeur inférieure puisse être obtenue au niveau de l'enroulement secondaire du transformateur.

Quelle que soit la question, la même chose peut être faite avec un transformateur ordinaire, alors quel est le besoin d'une configuration aussi compliquée lorsque le fonctionnement peut être simplement mis en œuvre via des transformateurs ordinaires?





Eh bien, le concept a été développé précisément pour éliminer l'utilisation de transformateurs lourds et encombrants avec des versions très efficaces de Circuits d'alimentation SMPS .

Bien que le principe de fonctionnement soit assez similaire, les résultats sont extrêmement différents.



Notre tension secteur est également une tension pulsée ou un courant alternatif qui est normalement alimenté dans le transformateur ordinaire pour les conversions requises, mais nous ne pouvons pas réduire la taille du transformateur même avec un courant aussi bas que 500 mA.

La raison en est la très basse fréquence impliquée dans nos entrées secteur CA.
À 50 Hz ou 60 Hz, la valeur est extrêmement faible pour les implémenter dans des sorties à courant continu élevé à l'aide de transformateurs plus petits.

En effet, à mesure que la fréquence diminue, les pertes par courants de Foucault avec l'aimantation du transformateur augmentent, ce qui entraîne une énorme perte de courant à cause de la chaleur et, par la suite, l'ensemble du processus devient très inefficace.

Pour compenser la perte ci-dessus, des noyaux de transformateur relativement plus grands sont impliqués avec un degré d'épaisseur de fil approprié, ce qui rend l'unité entière lourde et encombrante.

Un circuit d'alimentation à découpage aborde ce problème de manière très intelligente.

Si une fréquence plus basse augmente les pertes par courants de Foucault, cela signifie qu'une augmentation de la fréquence ferait exactement le contraire.

Cela signifie que si la fréquence est augmentée, le transformateur pourrait être rendu beaucoup plus petit tout en fournissant un courant plus élevé à leurs sorties.

C'est exactement ce que nous faisons avec un Circuit SMPS . Comprenons le fonctionnement avec les points suivants:

Fonctionnement des adaptateurs SMPS

Dans un schéma de circuit d'alimentation à découpage, le courant alternatif d'entrée est d'abord redressé et filtré pour produire une amplitude appropriée du courant continu.

Le courant continu ci-dessus est appliqué à une configuration d'oscillateur comprenant un transistor haute tension ou un mosfet, monté sur un petit enroulement primaire de transformateur de ferrite bien dimensionné.

Le circuit devient un type de configuration auto-oscillante qui commence à osciller à une certaine fréquence prédéterminée définie par d'autres composants passifs tels que des condensateurs et des résistances.

La fréquence est généralement supérieure à 50 kHz.

Cette fréquence induit une tension et un courant équivalents au niveau de l'enroulement secondaire du transformateur, déterminés par le nombre de tours et le SWG du fil.

En raison de l'implication des fréquences élevées, les pertes par courants de Foucault deviennent négligeables et la sortie CC à courant élevé peut être dérivée par des transformateurs à noyau de ferrite plus petits et un enroulement de fil relativement plus mince.

Cependant, la tension secondaire sera également à la fréquence primaire, elle est donc à nouveau redressée et filtrée à l'aide d'une diode de récupération rapide et d'un condensateur de grande valeur.

Le résultat en sortie est un DC bas parfaitement filtré, qui peut être utilisé efficacement pour faire fonctionner n'importe quel circuit électronique.

Dans les versions modernes de SMPS, des circuits intégrés haut de gamme sont utilisés à la place des transistors à l'entrée.
Les circuits intégrés sont équipés d'un mosfet haute tension intégré pour supporter les oscillations haute fréquence et de nombreuses autres fonctions de protection.

Quelles sont les protections intégrées de SMPS

Ces circuits intégrés ont des circuits de protection intégrés adéquats tels que la protection contre les avalanches, la protection contre la surchauffe et la protection contre les surtensions de sortie ainsi qu'une fonction de mode rafale.

La protection contre les avalanches garantit que le circuit intégré ne sera pas endommagé pendant la mise sous tension du courant en cas d'urgence.

La protection contre la surchauffe garantit que le CI s'éteint automatiquement si le transformateur n'est pas correctement enroulé et tire plus de courant du CI le rendant dangereusement chaud.

Le mode rafale est une fonctionnalité intéressante incluse avec les unités SMPS modernes.

Ici, la sortie CC est renvoyée à une entrée de détection du circuit intégré. Si pour une raison quelconque, normalement en raison d'un mauvais enroulement secondaire ou d'une mauvaise sélection de résistances, la tension de sortie dépasse une certaine valeur prédéterminée, le circuit intégré coupe la commutation d'entrée et saute la commutation en rafales intermittentes.

Cela permet de contrôler la tension à la sortie et également le courant à la sortie.

La fonction garantit également que si la tension de sortie est ajustée à un certain point élevé et que la sortie n'est pas chargée, l'IC passe en mode rafale en s'assurant que l'unité fonctionne par intermittence jusqu'à ce que la sortie soit correctement chargée, cela économise l'énergie de l'unité. en état de veille ou lorsque la sortie n'est pas opérationnelle.

Le retour de la section de sortie vers le circuit intégré est mis en œuvre via un optocoupleur de sorte que la sortie reste bien à l'écart du secteur haute tension d'entrée CA, évitant ainsi les chocs dangereux.




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