L'alimentation à découpage Flyback est un montage classique et largement utilisé, tant dans un contexte pédagogique qu'industriel, particulièrement pour les applications de faible puissance.
Principe de fonctionnement
Le principe de l’alimentation Flyback repose sur le transfert d’énergie du primaire vers le secondaire par l’intermédiaire d’un transformateur. Le transformateur utilisé dans les alimentations Flyback stocke de l’énergie au primaire puis la restitue au secondaire, et ainsi de suite. Le transformateur joue le rôle d’un seau d’eau qu’on remplit d’un côté puis qu’on vide de l’autre.
Pour illustrer le fonctionnement, considérons les étapes suivantes :
- État de repos : Le transistor interrupteur K est ouvert. Aucun courant ne circule et la tension de sortie est à sa valeur nominale Vs. La tension drain source Vds aux bornes de K vaut E, et la tension aux bornes du primaire est nulle.
- Fermeture de K (durée T) : La tension aux bornes du primaire L1 vaut E. Le courant dans le primaire grandit linéairement. Le courant qui traverse la charge de sortie RL provient de la réserve d’énergie (condensateur). Pendant cette phase, la tension secondaire V2 vaut -E.N2/N1, bloquant la diode D.
- Ouverture de K : Le courant i1 qui « descendait » dans le primaire a « envie » de continuer à descendre mais K est ouvert ! i1 devient donc nul brutalement ! Mais si un autre enroulement du transfo peut être traversé par un courant qui va du point vers l’autre extrémité, la continuité est assurée. Il se forme une tension qui rend la diode D passante. Cette tension s’ajuste spontanément pour permettre le courant secondaire : elle prend la valeur Vs si on néglige la tension de seuil de D. Le courant i2 décroît linéairement puis s’annule.
Composants et particularités d'une alimentation Flyback sans régulateur
Une alimentation à découpage Flyback peut se passer du régulateur habituel qui contrôle le découpage. La partie "tension dangereuse" de l'alimentation est connectée directement au secteur. Le secteur 230V est redressé par 4 diodes 1N4007 et ensuite, C1 lisse la tension pour créer +325V.
L'ensemble D2, R4 et C4 est un snubber. Son but est d'absorber l'énergie emmagasinée dans l'inductance de fuite du transfo lorsque le transistor T1 s'ouvre. Il limite la surtension aux bornes de T1.
Lors de la mise sous tension, C1 se charge très rapidement à 325V. R1 et R2 assurent la conduction initiale du transistor T1 (800V/3A). Le primaire (P) est traversé par son courant magnétisant. La polarité du point est négative par rapport à l'autre extrémité de l'enroulement étant donné que le point du primaire est au potentiel le plus bas du circuit. Le courant magnétisant augmente jusqu'à saturation du transfo. A ce moment, la tension aux bornes de l'enroulement auxiliaire (A) s'annule. Le condensateur de liaison C2 transmet cette variation et fait chuter le potentiel entre R1 et R2. T1 a tendance à bloquer.
La polarité de la tension des enroulements s'inverse. Par C2, cette variation de tension tend à diminuer encore davantage le potentiel entre R1 et R2. Il y a ainsi une sorte de rétroaction positive qui fait bloquer T1. D3 devient conductrice (Flyback classique) et D1 aussi, chargeant C3 de façon négative : c'est une particularité de ce montage !
Lorsque cette étape de démagnétisation est finie, les tensions des enroulements s'annulent. Le potentiel de C2 "remonte" et T1 entre à nouveau en conduction. En régime établi, la tension aux bornes de C3 est de 9V environ, compensant ainsi la tension de la zener. R1 décharge tranquillement C3 lorsque l'alimentation est débranchée du secteur.
Si la tension aux bornes de C3 a tendance à devenir trop faible en valeur absolue, le potentiel de base de T1 sera augmenté d'autant, ce qui favorisera la conduction de T1. La régulation se fait donc sur l'enroulement auxiliaire et non sur la sortie. On peut choisir assez librement (même si ce n'est pas optimal) le rapport des nombres de spires primaire/auxiliaire.
T1 est un modèle 800V et 3A (2SC3457). Le transfo doit être capable de transférer la puissance nécessaire. C2 doit supporter au moins 325V (choisir 400V minimum).
Avantages et inconvénients
Une alimentation Flyback ressemble à une alimentation Boost, mais le transfo garantit l’isolation électrique.
La tension de sortie ne dépend ni du rapport des nombres de spires, ni de la tension d’entrée, ni de la charge. Avec des régulateurs comme les TNY264 ou TNY266 Tinyswitch, on constate que les nombres de spires peuvent être choisis avec une incertitude artistique !
Pour transférer une plus grande puissance, il faut rendre fréquents ces transferts d’énergie. Le temps mort du mode discontinu n’est pas intéressant puisque c’est du temps perdu où aucune énergie n’est transférée.
Modes de fonctionnement avancés
Certains régulateurs de découpage modernes Flyback utilisent le mode transition qui consiste à reprendre un cycle de magnétisation juste à la fin de la démagnétisation précédente. En mode transition, il n’y a donc plus de temps mort.
Ces régulateurs ont besoin de se synchroniser sur la fin de démagnétisation pour lancer une nouvelle commande sur le transistor. La fréquence de découpage ne peut donc pas être fixée d’avance : elle dépend de la charge et de la tension d’entrée.
De plus, le montage Flyback peut s’adapter à une tension secteur redressée mais non filtrée. Cela permet, en ajustant le courant en fonction de la tension d’entrée, de réaliser un excellent facteur de puissance (Power Factor Correction) qui dépasse 0.9. Le régulateur a alors besoin de recevoir une tension image de la tension d’entrée. Ces montages PFC fonctionnent sans le gros condensateur chimique 400V après le redressement du secteur.
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