La différence entre l'alimentation linéaire et l'alimentation à découpage
Selon le principe de conversion, les alimentations peuvent être classées en alimentations linéaires et alimentations à découpage. Lorsque nous classons les alimentations linéaires et les alimentations à découpage, nous devons en fait préciser si elles sont AC/DC ou DC/DC. Bien que cette classification vise à distinguer les principes de transformation. Mais les alimentations linéaires et les alimentations à découpage qui réalisent des fonctions AC/DC constituent un processus complet de conversion du AC en DC, et certains circuits sont composés de DC/DC.
Alimentation linéaire et alimentation à découpage pour AC/DC
Il existe de nombreux manuels, livres et articles qui font directement référence aux sources d'énergie linéaires comme « sources d'énergie linéaires pour AC/DC ». Qu'est-ce qu'une source d'énergie linéaire ? L'alimentation linéaire réduit d'abord l'amplitude de tension du courant alternatif via un transformateur, puis la redresse via un circuit redresseur pour obtenir une puissance continue pulsée, puis la filtre pour obtenir une tension continue avec une petite tension d'ondulation.
Les caractéristiques de l'alimentation linéaire AC/DC et de l'alimentation à découpage sont différentes comme suit :
L'alimentation linéaire AC/DC est d'abord réduite par la tension alternative à l'aide d'un transformateur de fréquence industrielle, puis redressée. Après réduction de tension via un transformateur, la tension est devenue relativement faible et des puces de puissance telles qu'un régulateur de tension à trois bornes peuvent être utilisées pour stabiliser la tension. Le tube de réglage de l'alimentation linéaire fonctionne dans un état amplifié, ce qui entraîne une génération de chaleur élevée et un faible rendement (lié à la chute de tension), nécessitant l'ajout d'un dissipateur thermique encombrant. Le volume des transformateurs de fréquence industrielle est également relativement important, et lors de la production de plusieurs ensembles de sorties de tension, le volume du transformateur sera plus grand.
Le tube de réglage de l'alimentation à découpage AC/DC fonctionne dans des états de saturation et de coupure, ce qui entraîne une faible génération de chaleur et un rendement élevé. L'alimentation à découpage AC/DC élimine le besoin de transformateurs de fréquence de puissance encombrants. Cependant, la sortie CC de l'alimentation à découpage CA/CC aura des ondulations plus importantes, qui peuvent être améliorées en connectant une diode régulatrice de tension à l'extrémité de sortie. De plus, en raison des interférences d'impulsions de crête élevées générées lors du fonctionnement du tube de commutation, les billes magnétiques doivent être connectées en série dans le circuit pour s'améliorer. Relativement parlant, l’ondulation d’une alimentation linéaire peut être rendue très faible. Les alimentations à découpage peuvent être obtenues via différentes structures topologiques, telles que la réduction, l'augmentation et l'augmentation de tension, tandis que les alimentations linéaires ne peuvent obtenir qu'une réduction de tension.
De nombreux premiers adaptateurs d'alimentation étaient relativement lourds et leur principe de conversion était une alimentation linéaire AC/DC, qui utilisait un transformateur de fréquence industrielle en interne. L'alimentation linéaire AC/DC utilise d'abord un transformateur pour réduire la tension alternative. Ce type de transformateur, qui réduit directement la tension du secteur, est appelé transformateur à fréquence industrielle, comme le montre la figure 1.9. Les transformateurs de fréquence industrielle, également appelés transformateurs basse fréquence, les distinguent des transformateurs haute fréquence utilisés dans les alimentations à découpage. Les transformateurs de fréquence industrielle étaient autrefois largement utilisés dans les sources d’énergie traditionnelles. La fréquence standard de l'alimentation secteur dans l'industrie électrique, également connue sous le nom d'alimentation secteur (« alimentation secteur » fait référence à l'alimentation électrique principalement utilisée par les résidents des villes), est de 50 Hz en Chine et de 60 Hz dans d'autres pays. Un transformateur capable de modifier la tension du courant alternatif à cette fréquence est appelé transformateur de fréquence industrielle. Les transformateurs à fréquence industrielle sont généralement plus grands que les transformateurs haute fréquence. Ainsi, le volume d’alimentation linéaire AC/DC mis en œuvre avec des transformateurs de fréquence industrielle est relativement important.
L'alimentation à découpage AC/DC nécessite d'abord de rectifier et de filtrer l'alimentation AC pour former une haute tension DC approximative, puis de contrôler le commutateur pour générer des impulsions haute fréquence, qui sont transformées via un transformateur. L'alimentation à découpage AC/DC a un rendement plus élevé et une taille plus petite. Une raison importante de sa petite taille est que les transformateurs haute fréquence sont beaucoup plus petits que les transformateurs à fréquence industrielle. Pourquoi plus la fréquence est élevée, plus le volume du transformateur est petit ?
Les matériaux du noyau du transformateur ont des limites de saturation, il existe donc des limites à l'intensité maximale du champ magnétique. Le courant, l'intensité du champ magnétique et le flux magnétique du courant alternatif sont tous des signaux sinusoïdaux. Nous savons que pour des signaux sinusoïdaux de même amplitude, plus la fréquence est élevée, plus le pic du « taux de changement » du signal est grand (le moment où le signal sinusoïdal franchit zéro est le pic du « taux de changement », tandis que le taux de changement au sommet du signal est 0). Pendant ce temps, la tension induite est déterminée par le taux de variation du flux magnétique. Ainsi, pour une même tension par tour, plus la fréquence est élevée, plus le flux magnétique maximal requis est petit. Mais comme mentionné ci-dessus, la valeur maximale de l’intensité du champ magnétique est limitée. Par conséquent, si les besoins en flux magnétique sont réduits, la section transversale du noyau de fer peut être réduite. L'analyse ci-dessus suppose la même tension par tour. Et la tension par tour est liée à la puissance. Par conséquent, en assumant le même pouvoir. Si la puissance est inférieure, le courant est également inférieur, le fil autorisé est plus fin et la résistance est légèrement plus élevée, il est permis d'augmenter le nombre de tours. De cette manière, la tension par tour est également réduite, ce qui peut également réduire le besoin en flux magnétique. Réduisez ensuite le volume. En outre, l’analyse ci-dessus suppose que le matériau est constant, c’est-à-dire que l’intensité du champ magnétique de saturation est constante. Bien entendu, si des matériaux ayant une intensité de champ magnétique de saturation plus élevée sont utilisés, le volume peut également être réduit. Nous savons que par rapport aux transformateurs de même taille il y a plusieurs décennies, les transformateurs d'aujourd'hui ont des volumes beaucoup plus petits car ils utilisent désormais de nouveaux matériaux de noyau de fer.
D'après l'équation de Maxwell, la force électromotrice induite E dans la bobine du transformateur est
C'est-à-dire l'intégrale du taux de variation de la densité de flux magnétique B au fil du temps sur N tours de fil d'aire Ac.
Pour les transformateurs, la force électromotrice induite E du côté primaire du transformateur et la tension U appliquée du côté entrée peuvent être considérées comme une relation linéaire. En partant du principe que l’amplitude de U côté entrée du transformateur reste inchangée, on peut considérer que l’amplitude de E reste également inchangée.
De plus, il existe une limite supérieure pour la densité de flux magnétique B de chaque type de noyau magnétique. La ferrite utilisée pour les applications à haute fréquence est d'environ quelques dixièmes de Tesla, tandis que le noyau de fer utilisé pour les applications à haute fréquence est d'environ un niveau légèrement supérieur à un, avec une petite différence.
Par conséquent, lorsque la fréquence augmente, le taux de variation de la densité de flux magnétique dB/dt au cours de chaque cycle augmente de manière significative, à condition que la variation maximale de la densité de flux magnétique B ne soit pas significative. Par conséquent, un Ac ou N plus petit peut être utilisé pour obtenir la même force électromotrice induite E. Une diminution de Ac signifie une diminution de la section transversale du noyau magnétique ; Une diminution de N signifie que la surface de la fenêtre vide du noyau magnétique peut être réduite, ce qui peut contribuer à réduire le volume du noyau magnétique. La section transversale d'un transformateur haute fréquence est plus petite et le nombre de tours dans la bobine diminue, ce qui entraîne un volume plus petit.
Le tube de réglage de l'alimentation à découpage fonctionne dans des états de saturation et de coupure, ce qui entraîne une faible génération de chaleur et un rendement élevé. Les alimentations à découpage AC/DC ne nécessitent pas l'utilisation de transformateurs de fréquence industrielle de grande taille. Cependant, la sortie CC de l'alimentation à découpage aura de grandes ondulations superposées. De plus, en raison des interférences d'impulsions de crête importantes générées lors du fonctionnement du transistor de commutation, il est également nécessaire de filtrer l'alimentation dans le circuit pour améliorer la qualité de l'alimentation. Relativement parlant, les sources d'énergie linéaires ne présentent pas les défauts ci-dessus et leur ondulation peut être très faible.
