Alimentation à découpage pour ampli : mesures (3)

Cet article présente la partie secondaire (diodes et condensateurs) de l'alimentation à découpage pour ampli : mesures de tensions et courants lorsque l'alimentation est en charge.

Schéma de l'alimentation à découpage en demi-pont

Voici le schéma d'alimentation utilisé :

Schéma de l'alimentation à découpage pour ampli +/- 40 V DC

Maquette de l'alimentation à découpage pour ampli

Maquette de l'alimentation à découpage étudiée : détail

Les diodes sont des MUR1520 et les condensateurs des 1000uF/63V.

Aalimentation à découpage en charge (8 Ohms)

L'alimentation est branchée sur le secteur 230V puis une résistance de 8 Ohms / 500W est connectée entre +Vcc et -Vcc (ici, +/-40V). Ce test simule un ampli de sono en mode "Bridge" (ponté) qui utilise autant de courant sur l'alternance positive que sur l'alternance négative d'un signal audio. On peut utiliser un ensemble de résistances en parallèle pour réaliser la charge 8 Ohms.

Charge de 8 Ohms / 500W utilisée pour les tests

On visualise ci dessous la tension aux bornes du secondaire et le courant dans la diode de redressement D3 (MUR1520).

Tension aux bornes du secondaire et le courant dans la diode de redressement

(4x1000uF/63V en sortie et puissance de sortie : 545W)

On voit l'ondulation 100Hz élevée : le choix de 2 x 470uF/200V au primaire est un peu "juste". Les transistors découpent dans une tension qui n'est pas continue mais nettement ondulée à 100 Hz. Le courant dans la diode est nettement plus élevé sur les montées de la tension secondaire parce que le courant consommé est non seulement dû à la résistance de 8 Ohms mais aussi à la recharge des condensateurs de sortie (sur +Vcc et -Vcc).

Pour rendre le courant dans la diode plus régulier, il faut mieux lisser la tension secteur redressée, donc augmenter la valeur des condensateurs 200V (C2 et C3). Ci dessous, un zoom de la courbe présentée ci dessus :

Tension aux bornes du secondaire et le courant dans la diode de redressement (zoom)

Le courant dans la diode atteint 60 Ampères crête ! Ce courant est dû à la recharge des condensateurs de sortie. L'inductance de fuite du transfo évite un appel de courant juste au début des demi alternances haute fréquence du transfo, c'est pourquoi le courant atteint son maximum après (au milieu environ de la demie alternance haute fréquence).

Ondulations de la tension secondaire

La tension secondaire présente deux ondulations superposées :

Tension de sortie +Vcc et courant dans la diode D3

Il y a une ondulation 100Hz qui est due au lissage de la tension secteur redressée. L'autre ondulation a lieu à la fréquence de découpage : c'est la recharge des condensateurs de sortie. Ci dessous, un zoom de la courbe présentée ci dessus :

Tension de sortie +Vcc et courant dans la diode D3 (4us/div)

On voit bien l'augmentation transitoire de la tension Vcc lorsque le courant dans la diode recharge les condensateurs de sortie. Cela montre que l'ondulation est surtout due à l'ESR (résistance série) des condensateurs de sortie 1000uF/63V et non à leur variation de charge. En effet, la tension à leur bornes ne dépend quasiment que du courant dans la diode, et non du temps (charge / décharge).

Condensateurs de sortie d'alimentation à découpage et ESR

L'ondulation à la fréquence de découpage est très liée à l'ESR des condensateurs. L'ondulation 100Hz n'intervient pas pour ces tests. Sur une base de temps de 100us, on peut négliger la variation de la tension secteur redressée. Tous les tests ci dessous sont faits avec une charge de 8 Ohms entre +Vcc et -Vcc. Différents modèles sont testés ci dessous, en lieu et place de C8 et C9 sur le schéma :

1 x 330uF/200V 85°C en sortie d'alimentation à découpage : 6V d'ondulation crête à crête

Condensateur 330uF/200V pour le test

Le résultat est plutôt assez mauvais.

1 x 1000uF/50V 85°C en sortie d'alimentation à découpage : 3V d'ondulation crête à crête

1 x 2200uF/50V 85°C en sortie d'alimentation à découpage : 1.5V d'ondulation crête à crête

1 x 4700uF/63V 105°C en sortie d'alimentation à découpage : 2V d'ondulation crête à crête

Ici, le 4700uF/63V donne de moins bons résultats que le 2200uF/50V.

1 x 680uF/50V 105°C en sortie d'alimentation à découpage : 2V d'ondulation crête à crête

En mettant 3 condensateurs en parallèle (3x680uF/50V), on divise par 3 la résistance série équivalente :

3 x 680uF/50V 105°C en sortie d'alimentation à découpage : < 1V d'ondulation crête à crête

Les 3 condensateurs 680uF/50V en parallèle donnent le meilleur résultat : l'ondulation est inférieure à 1V crête à crête. On a souvent intérêt à utiliser plusieurs condensateurs en parallèle mais de plus petite valeur.

Mesures avec sonde

L'appareil de mesure (sonde d'oscilloscope, sonde différentielle, etc) peut être très perturbé à proximité de courants forts (60 A crête) qui entraînent des transitoires de mode commun à travers la liaison à la terre qu'offre l'oscilloscope.

Conclusion sur les mesures de l'alimentation à découpage

L'ondulation de la tension de sortie est composée des 2 facteurs suivants :

- ondulation 100Hz qui vient du lissage de la tension secteur redressée. Pour l'améliorer, augmenter la valeur des condensateurs 200V (C2 et C3 : 470uF/200V).

- ondulation à la fréquence de découpage qui vient de l'ESR des condensateurs de sortie. Pour l'améliorer, mettre plusieurs condensateurs identiques en parallèle sur la sortie.

Ampli de sono de grande puissance (2 x 2500W) utilisant une alimentation à découpage

Ampli de sono de grande puissance (2 x 1800W) utilisant une alimentation à découpage

Remarquez les imposants et nombreux condensateurs...

Pour consulter d'autres mesures sur cette alimentation à découpage :

Mesure des courants et tensions dans l'alimentation à découpage pour ampli : suite (1)

Mesure des courants et tensions dans l'alimentation à découpage pour ampli : suite (2)