Alimentation à découpage pour ampli : mesures (1)

Cet article présente des captures d'écran d'oscilloscope dans l'alimentation à découpage pour ampli : en fonctionnement à vide, en charge, au démarrage, etc... Différentes mesures sont réalisées pour comprendre le fonctionnement de l'alimentation en demi-pont et les commutations des transistors Mosfet

Voici donc les mesures faites sur l'alimentation à découpage pour ampli audio.

Schéma de l'alimentation à découpage pour ampli

L'alimentation à découpage pour ampli reprend ce schéma, basé sur une commande du demi-pont avec une inductance de mode commun à la place du transformateur d'impulsions ou du driver de demi-pont (IR7184 ou IR2184 par exemple).

Schéma de l'alimentation à découpage étudiée

Maquette de l'alimentation à découpage étudiée

Démarrage de l'alimentation avec le relais

Lorsque l'alimentation à découpage est mise sous tension, les condensateurs 200V se chargent

d'abord à travers les 2 résistances de 200 Ohms en parallèle. Ensuite, le relais se ferme et la

pleine tension est présente. On ne voit que l'enveloppe de la tension secondaire, la fréquence

(30kHz) étant beaucoup trop élevée pour être vue sur l'oscilloscope

Relais qui limite l'appel de courant au démarrage

La tension secondaire montre que l'oscillateur commence à fonctionner bien avant la fermeture du relais.

Démarrage de l'alimentation à découpage avec le relais

Le courant de drain est dû à la charge des condensateurs de sortie, rien de plus. On voit que le courant de drain s'annule lorsque les tensions sont établies.

Démarrage de l'alimentation à découpage sans le relais

Si on court-circuite les contacts du relais, un énorme appel de courant (40 Ampères !) se fait sur le secteur.

Appel de courant au démarrage de l'alimentation sans relais

La charge rapide des condensateurs de sortie (sur +Vcc et -Vcc) appelle aussi 40 Ampères sur les transistors.

Appel de courant sur les transistors Mosfet du demi pont

L'oscillateur démarre tout de suite et les condensateurs de sortie se remplissent très rapidement. La tension secondaire s'établit en effet en quelques périodes secteur, par paliers. Suite à ce test, les transistors 20N60C3 n'ont pas claqué, mais leurs caractéristiques (20,7A) ont été dépassées !

Mesures de l'alimentation à découpage pour ampli à vide

En déconnectant le secondaire du transfo, on peut observer le courant magnétisant de l'inductance primaire.

Primaire du transfo à vide : courant et tension aux bornes

Le courant est bien en dent de scie (croissance linéaire). La déformation traduit la légère non linéarité de l'inductance magnétisante.

Charge résistive à la place du primaire du transfo

Avant d'entrer dans le vif du sujet, on peut présenter l'allure du courant dans une résistance de puissance de 68 Ohms / 500W qui est branchée à la place du primaire du transfo à découpage. C'est le mode le plus simple à comprendre.

La résistance voit tantôt +160V, tantôt -160V à ses bornes, sauf pendant le temps mort. La puissance moyenne dissipée est de 160²/68 = 376W. Avec les temps morts de 1.5us, la puissance moyenne se situe plutôt vers 340W.

Courant dans la résistance et tension secteur redressée (entre + et - du pont)

On remarque l'ondulation 100Hz liée aux condensateurs 200V.

Courant dans la résistance et tension secteur redressée (zoom)

On voit ici quelques périodes de découpage. Les légères pentes sur les hauts et bas du courant sont dus à la charge du condensateur 1uF/250V en série avec le primaire. La tension à ses bornes varie suffisamment pour que la tension qui "reste" aux bornes du primaire varie de façon visible. Une valeur plus grande que 1uF aurait permis des pentes plus douces.

Courant dans la résistance et tension secteur redressée (super zoom)

Le temps mort de 1.5us permet la bonne commutation des transistors du demi pont. Le temps mort aurait pu être raccourci, mais cela réduirait la marge vis à vis de la conduction simultanée (shoot through).

Les transistors 20N60C3 (Rds on = 0.,2 Ohm) chauffent peu, le radiateur est un peu chaud (50°C environ) après une minute de fonctionnement.

Charge résistive sur le secondaire du transfo

Cette fois-ci, le transfo est branché sur le demi-pont, mais en sortie, il n'y a pas l'étage diodes+condensateurs. Une résistance de 4 Ohms / 500W est branchée directement sur le secondaire qui donne un créneau de +/-40V d'amplitude (80V crête à crête). La puissance dissipée est de l'ordre de 400W. L'intérêt est d'observer le courant au primaire pour voir la sollicitation des transistors 20N60C3.

Primaire du transfo : courant et tension aux bornes

Primaire du transfo : courant et tension aux bornes (zoom)

La zone de temps mort est cette fois-ci occupée par des oscillations dues à l'inductance de fuite (résonance inductance de fuite - condensateur 1uF/250V en série). A ce détail près, les transistors voient un courant de 3A environ, ce qui correspond à une résistance équivalente au primaire de 60 Ohms environ. Cette valeur est la valeur de 4 Ohms vue à travers le transfo (rapport

primaire:secondaire = 4:1, d'où Résistance vue au primaire = 4 Ohms x 4² = 64 Ohms).

L'article suivant présente le fonctionnement de l'alimentation à découpage en fonctionnement avec les tensions de sortie +/-Vcc.

Mesures sur l'alimentation à découpage pour ampli : suite (2)

Conclusion sur les mesures de l'alimentation à découpage

Le relais est fortement recommandé au démarrage : il temporise l'allumage et réduit l'appel de courant sur les transistors et sur le secteur de 40A à 6A environ. La structure en demi pont de l'alimentation à découpage présente un fonctionnement symétrique en tension et en courant. Le temps mort entre la conduction de chaque transistor permet un fonctionnement fiable et se voit facilement avec les mesures.