FONCTION ALIMENTATION

1. I DENTIFICATION 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

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Fonction principale :

Alimentation

Réseaux EDF( Ve )

Tension continue

( Vs )

U

Vs ( V )

t (s)

T= 20ms

0

2230

2230

Ve ( V )

t (s)

Vs : Tension continue 

Elle possède la propriété de demeurerconstante quelle que soit la charge appliquée

Ve : Réseau EDF  Tension sinusoidaleAlternativeValeur efficace 230V.Fréquence : 50 HzPériode : 20ms

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 sinusoïdalede fréquence 50Hz

et de valeur efficace 230V

2. F ONCTION SECONDAIRE

La réalisation de la fonction alimentation nécessite un certain nombre de fonctions secondaires :

Le schéma structurel relatif à la fonction alimentation est le suivant :

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Ut Ur UcVe Vs

Charge

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utve

vs

uc

u

2.1. FS1 : FONCTION ADAPTATION EN TENSION

Cette fonction est composée d’un transformateur

.2.1.1 R APPORT DE TRANSFORMATION

Ne : Nombre de spires en entréeNs : Nombre de spires en sortieve : Tension d’entrée ( Généralement c’est le réseau EDF )vs : Tension de sortie ( Généralement plus basse que celle d’entrée)ie : Courant d’entréeis : Courant de sortie

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Transformateur :

Appareil statique à induction électromagnétique destiné à :

Transformer l’amplitude d’une tension sinusoïdale tout en gardant la même fréquence

composé de : Spires ( Enroulement de fil

autour de la structure métallique )

ve

vs

Le rapport de transformation est :

Ne

N

NsN

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 transformateur2. Déterminer le nombres de spires nécessaire en sortie du

transformateur3. Déterminer le courant sur le réseau EDF

2.1.2 P UISSANCE DU TRANSFORMATEUR ( EN VOLTAMPERE)

Dans le primaire : Pe = Ve . ie Dans le secondaire : Ps = Vs . is

2.1.3 R ENDEMENT

Un transformateur n’a donc quasiment pas de perte

Exercice d’application   ( suite ):

4. Calculer la puissance de sortie et la puissance d’entrée5. Que pouvez-vous en conclure

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Pe =

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

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2.2 FS2 : FONCTION REDRESSEMENT

Le rôle de FS2 est de rendre unidirectionnelle l'énergie délivréepar le transformateur. Cette fonction est réalisée par des diodes à jonction ou par l’utilisation d’un « pont de diodes »

2.2.1 M ONTAGE A PONT DE GRAETZ :

Ut : Signal sinusoïdal bidirectionnel Ur : Signal sinusoïdal redressé unidirectionnel

TRAVAIL DE REFLEXION :

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Ut

Ur

Ut max.

-Ut max. Tt =

période

0

Ut ( V )

t (ms)

Ur max.

Tr = Tt / 2

0

Ur ( V )

t (ms)

Caractéristique du signal Ur

Amplitude Ur max. = Utmax. – 2 UD

Fréquence f ( Ur ) = f ( Ut ) . 2

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 Ur3) Tracer en concordance de temps les signaux Ut et Ur en y indiquant les caractéristiques

M HISETTE

Diode/Alternanc

+ -

D1D2D3D4

8

-+

t Ut max.

-Ut max. Tt =

période

0

Ut ( V )

Ut

Ur

0

Ut ( V )

t (ms)

0

Ur ( V )

t (ms)

U

1) Flécher le courant dans le pont de diode pour les 2 alternances du signal ( Utiliser 2 couleur différentes )

2) Dans le tableau ci-contre indiquer quelles sont les diodes passantes et bloquées

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.

Sans condensateur Avec condensateur

Le condensateur à un rôle de stockage d’énergie :

Il se charge pendant la montée de la sinusoïdal Il se décharge pendant la descente

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Ur Uc

Ur max.

t

Uc max.

T = Période

0

Uc ( V )

t (ms)

T = Période

0

Ur ( V )

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

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2.3.1 T AUX D ' ONDULATION

Après filtrage, la tension aux bornes de la charge varie entre :une valeur maximale Ucmax.une valeur minimale Ucmin.

Formule pour caractériser l’ondulation :

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UcUc max.

T = Période

0

Uc ( V ) Uc max.

Uc min.

Taux

Ondulation de

Valeur moyenne de

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 moyenne2) Calculer l’ondulation3) Calculer le taux d’ondulation

Exercice d’application 2   :

Sachant que l’ondulation de Uc est de 1V et que Uc min = 25V

1) Calculer Uc max.2) Calculer le taux d’ondulation en %3) Calculer la valeur moyenne de Uc4) Tracer la courbe avec ses caractéristiques

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2.3.1 C ALCUL 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 EDFque nous voulons une ondulation max. de 1Vque Ucmax. = 15V

Calculer la valeur de la capacité a mettre dans notre alimentation

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2.4 FS4 : FONCTION REGULATION

Les régulateurs intégrés type série se présentent sous forme d’unboîtier 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

Vc : tension d’entrée du régulateur Vs : tension de sortie du régulateur VDV = VC – VS ( Attention la tension VDV min est de 3V )

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Vs

Vc

VDV

Charge

Ic

Uc max.Uc min.

T = Période

0

Uc ( V )

0

Vs( V )

t ( ms )

ICH : courant débité dans la charge (courant de sortie du régulateur).

Exercice d’application   :

En sachant que l’on a un régulateur de 12V, et que notre charge consomme 500mA

1) Déterminer la valeur de la tension de sortie ( Vs )2) Déterminer la valeur minimum que peut prendre la

tension Uc3) L’ondulation est de 2V , déterminer la valeur moyenne

du Uc4) Déterminer la valeur de la tension VDV 5) Déterminer le courant traversant le régulateur6) Déterminer la valeur de la puissance dissipé dans le

régulateur7) 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 positivede valeur inférieure.

− Les régulateurs négatifs Qui effectuent la conversion d’une tension négative en une tension négativede 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   :

M ARGE DE T ENSION (D ROPOUT VOLTAGE ) C’est la différence de potentiel minimale entre entrée et sortie pour que le régulateur fonctionne (VDVmin= (VE – VS)min).

L ES CONDENSATEURS EXTERNES : Il est recommandé de placer un condensateur en entrée et un autre en sortie durégulateur, pour éliminer l’ondulation Haute Fréquence, améliorer le taux de réjection de l’ondulation et stabiliser le montage.

D ISSIPATION MAXIMALE DE PUISSANCE C’est la puissance maximale dissipable par le régulateur.La puissance dissipée par le régulateur a pour expression : P = VDV * ICH

L ES DIODES DE PROTECTION : Il est parfois nécessaire d’ajouter des diodes de protection au montage, afin de protéger le régulateur contre les pointes de

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courant induites par les condensateurs (diodes du type 1N4001).

Créez l’alimentation de l’horloge

En sachant que la tension aux bornes de la charge Vs = 9V et que l’intensité consommé par cette charge est de 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

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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 calculsAttention au soin apporter à l’exercice

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