Convertisseur AC/DC avec correrecteur de facteur de puissance

[ALEX15000]

Bonjour à tous,

Je dois résoudre un problème pour lequel je rencontre des difficultés.
Je dois réaliser un convertisseur AC/DC pour l'alimentation d'un ordinateur (exercice théorique).
Le circuit doit être composé de deux étages : un redresseur (pont de graetz) comportant un PFC (correcteur de FP) en DCM (mode discontinu) suivi d'un convertisseur DC/DC.

Les contraintes sont les suivantes :
Vin=240V, 50Hz,
Vout=19.5+/-0.5V
Psortie=100W
Frequence des interrupteurs = 80kHz
FP=0.9 (100% de charge)
Harmoniques doivent être conformes à la classe A de l'IEC 6100-32.

Je ne demande pas une résolution de cet exercice mais juste des réponses aux questions suivantes que je me pose:
- Le circuit buck-boost permet d'avoir un FP=1 et il permet également de régler la tension de sortie. Donc quel est l'intérêt de réaliser le montage en deux étages quand 1 seul suffirait?
- Dans quels cas un montage boost est préférable étant donné que le buck-boost possede en plus l'avantage d'avoir un facteur de puissance unitaire?

Merci d'avance pour vos réponses qui je l'espère m'aideront.
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[erff]

Bonjour,

Le circuit buck-boost permet d'avoir un FP=1 et il permet également de régler la tension de sortie

Le boost permet d'avoir FP=1... le réglage de la tension de sortie n'est pas important car c'est le rôle du convertisseur DC-DC

Donc quel est l'intérêt de réaliser le montage en deux étages quand 1 seul suffirait?

On ne peut pas descendre de 300V à 19V avec un convertisseur Buck-Boost (même si la théorie dit que oui). Déjà parce-qu'on doit isoler la sortie du secteur, donc un convertisseur avec transformateur est obligatoire, et aussi parce que le rapport cyclique serait très proche de 0 : le temps "on" des interrupteur serait comparable au temps de commutation des transistors, ce qui est inacceptable.

Quoiqu'il en soit il y aura 2 étages.

Le choix du boost ou buck-boost dépend certainement de l'efficacité sur la diminution des harmoniques de découpage, les contraintes de dimensionnement sur les interrupteurs, la self etc ... intuitivment j'ai l'impression que le boost est mieux puisque la self est en série avc le pont de diode donc le courant secteur ne peut pas faire des transitions brutes, contrairement au buck-boost... À voir ...

[ALEX15000]

Merci de votre réponse.

Pour l'utilité des deux étages (en dehors de l'isolation) vous évoqué des temps de commutation trop court. Or si on utilisé un boost sur le premier étage (PFC) l'étage DC/DC devra réaliser un abaissement de tension encore plus important, non?

Etant donné que le facteur de puissance avec un buck boost est unitaire, le courant en entrée sera sinusoidal et les harmoniques par conséquent complètement absentes. Ainsi, qu'elle peut être l'utilisé d'un boost dans un tel montage?

[erff]

Pour l'utilité des deux étages (en dehors de l'isolation) vous évoqué des temps de commutation trop court. Or si on utilisé un boost sur le premier étage (PFC) l'étage DC/DC devra réaliser un abaissement de tension encore plus important, non?

Le deuxième étage comporte un transformateur abaisseur ! Une topologie Flyback ou Forward par exemple ... le rapport de transformation est choisi pour que le rapport cyclique soit d'une valeur raisonnable (pas trop proche de 0 et 1).

Etant donné que le facteur de puissance avec un buck boost est unitaire, le courant en entrée sera sinusoidal et les harmoniques par conséquent complètement absentes.

C'est impossible d'éliminer tous les harmoniques, ils seront toujours présents plus ou moins fortement en fct de la self d'entrée, de la fréquence de découpage etc... que soit avec un boost ou un buck-boost ... le pb reste le même.

Je disais que intuitivement, il me semble qu'un boost éliminera naturellement mieux les harmoniques haute fréquence autour de F_sw car le courant fourni par le réseau ne comprendra pas de fronts raides.
Fais une simulation pour t'en rendre compte : le courant d'entrée dans un buck boost présente des décrochements qui ne sont pas présents avec un boost (boost=triangles, buck-boost=dent de scie). Faut faire le calcul du spectre pour quantifier tout ça.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite03481543]

Bonjour à tous,

Je dois résoudre un problème pour lequel je rencontre des difficultés.
Je dois réaliser un convertisseur AC/DC pour l'alimentation d'un ordinateur (exercice théorique).
Le circuit doit être composé de deux étages : un redresseur (pont de graetz) comportant un PFC (correcteur de FP) en DCM (mode discontinu) suivi d'un convertisseur DC/DC.

- Dans quels cas un montage boost est préférable étant donné que le buck-boost possede en plus l'avantage d'avoir un facteur de puissance unitaire?

Bonsoir,

Un BOOST est encore industriellement la structure préférée pour la simplicité de mise en oeuvre, son excellent rendement (>95%) et son faible coût lié étroitement à des éléments magnétiques plus petits qu'avec d'autres structures.
La structure BOOST à également des points négatifs comme par exemple sa difficile mise en sécurité en cas de court-circuit, le fort stress de la diode soumise à de forts dV/dT appliqués durant les phases de recouvrement inverse et également de forts inrush current à la mise sous tension qui impose des limiteurs efficaces qui compliquent le design de cette structure.
Cependant les développements actuels vont dans ce sens et differentes stratégies consistent à lutter contre ces points faibles comme par exemple en utilisant des structures résonantes (ZVS).

Le choix du mode discontinu sur une structure classique va à l'encontre de la CEM, on opte de préférence pour un mode continu bien moins "bruyant" voir un mode critique à la limite du mode continu au pire.
Pour adopter un mode discontinu il faut une structure plus complexe mais qui fait peu à peu son chemin dans l'état de l'art, il s'agit d'une structure nommée two phase voltage mode flyback ou plus généralement multiphase flyback ( 3,4,...n) selon la puissance souhaitée.

Cette structure réduit fortement les courants en entrée et sortie et présente de faibles courants d'ondulation ce qui réduit également les dimensionnements du condensateur de sortie donc les coûts.

[ALEX15000]

Merci beaucoup pour vous réponses....
Étant débutant en la matière je me contenterais d'un simple boost (En discontinu puisqu'imposé par le sujet).
J'ai donc réalisé le montage suivant (je sais je n'ai pas utiliser de flyback pour le deuxieme étage mais un simple buck. Dans mon sujet il est mentionné de ne pas s'occuper de l'isolement) :


Les contraintes sont remplies mais je rencontre tout de même un problème. Comme vous avez pu le constater, j'ai besoin d'une grosse capacité intermédiaire. Si je la réduis, l'ondulation de la tension intermédiaire est trop importante et pas assez stabilisée pour le buck qui alors ne peut pas délivrer une tension de sortie ayant des ondulations +/-0.5V. Ainsi, le montage fonctionne (au moins sur simulation) mais le temps avant établissement d'un régime permanent est très long. Comment pensez vous que je puisse résoudre ce problème ? De manière assez simple si possible étant donné mon niveau débutant.

[Tropique]

Merci beaucoup pour vous réponses....
Étant débutant en la matière je me contenterais d'un simple boost (En discontinu puisqu'imposé par le sujet).
J'ai donc réalisé le montage suivant (je sais je n'ai pas utiliser de flyback pour le deuxieme étage mais un simple buck. Dans mon sujet il est mentionné de ne pas s'occuper de l'isolement) :
Pièce jointe 192745

Les contraintes sont remplies mais je rencontre tout de même un problème. Comme vous avez pu le constater, j'ai besoin d'une grosse capacité intermédiaire. Si je la réduis, l'ondulation de la tension intermédiaire est trop importante et pas assez stabilisée pour le buck qui alors ne peut pas délivrer une tension de sortie ayant des ondulations +/-0.5V. Ainsi, le montage fonctionne (au moins sur simulation) mais le temps avant établissement d'un régime permanent est très long. Comment pensez vous que je puisse résoudre ce problème ? De manière assez simple si possible étant donné mon niveau débutant.

Ton circuit n'a aucun asservissement, or ceux-ci sont essentiels pour le fonctionnement du PFC et la stabilité de la tension de sortie, y compris pour la réjection de l'ondulation.

[ALEX15000]

Je sais qu'il n'a pas d'asservissement et je ne compte pas en faire.
Le but n'étant pas de travailler sur la partie controle mais plutot sur le design des composants.
Mon premier bloc me permet de délivrer une tension constante (170V en jouant sur le rapport cyclique du premier interrupteur) en remplissant les critères de facteur de puissance et de distorsion.
Le deuxième me permet d'abaisser la tension de sortie à la tension requise (19.5V) et de remplir les critères d'ondulation (en jouant sur la capacité de sortie).

Néanmoins, si ma tension intermédiaire n'est pas assez stabilisée il est impossible pour l'étage buck de délivrer une tension +/-0.5V, d’où la "grosse" capacité intermédiaire.