Annexe 4 : Caractéristiques du convertisseur commercial
DC/DC DELL ADP-90FB
Afin de comparer le convertisseur flyback éco-dimensionné avec ce que l’on trouve actuellement dans le commerce, nous avons étudié une alimentation d’ordinateur portable DELL ADP-90FB contenant un étage flyback. Nous présentons ici les caractéristiques de cette alimentation et des composants qui la constituent.
A4.1 Généralités
Le convertisseur commercial est conçu pour les spécifications présentées Tableau A4-1. Il est important de remarquer que ce convertisseur est compatible à la fois avec les tensions réseau de 110 ou 230V. Par conséquent, les composants sont dimensionnés pour supporter à la fois les tensions sous 230V et les courants sous 110V.
Tableau A4-1 : Spécifications du chargeur DELL ADP-90FB
Entrée Sortie
Tension 100-240V 20V
Courant 1,5A 4,5A
Puissance 90W
Le chargeur commercial est composé d’un redresseur à filtre à capacité en tête suivi d’un convertisseur DC-DC flyback. On présente Figure A4-1 une photographie du convertisseur. La partie gauche du chargeur contient les éléments de filtrage d’entrée et la partie redresseur (non considérés dans l’éco-dimensionnement). La partie droite contient le convertisseur DC/DC flyback où sont identifiés les différents composants : (1) condensateur d’entrée, dimensionné surtout pour le filtrage du redresseur (couché), (2) transistor MOSFET, (3) inductance couplée, (4) diode Schottky (2 diodes en parallèle), (5) condensateur de filtrage de la tension de sortie (3 condensateurs en parallèle).
Figure A4-1 : Photographie du convertisseur DELL ADP-90FB et identification des principaux composants de l’étage flyback DC-DC 1 3 4 5 2
172 Annexe 4 : Caractéristiques du convertisseur commercial DC/DC DELL ADP-90FB
Le convertisseur DC/DC flyback du chargeur est commandé en mode auto-oscillant avec une fréquence de commutation nominale de 75kHz et un rapport cyclique de 0,15 lorsqu’il est alimenté sous 230VAC (soit 320VDC sur le bus continu).
A4.2 Composants
Dans cette section nous présentons les caractéristiques des différents composants du convertisseur flyback. Nous donnons également une estimation de l’énergie grise de ces composants basée sur données d’énergie grise que nous avons utilisées (voir chapitre 2).
A4.2.1 Condensateur d’entrée
Le fabricant a choisi de mettre en entrée un condensateur de 68µF ayant une tenue en tension de 450V (serie PB du fabricant Nichicon). Ce condensateur présente une valeur d’ESR de 362mΩ à 10kHz pour un diamètre de 18mm et une hauteur de 30mm, soit un volume de 7.6cm3. Ce condensateur présente une meilleure ESR spécifique (Ω/m3) que celle ayant servie lors de la modélisation, ce qui lui permet, à même énergie grise, de présenter de plus faible pertes.
Selon les données d’énergie grise considérées, ce condensateur présente une énergie grise de 2870 Whp.
A4.2.2 MOSFET
L’interrupteur principal est un transistor MOSFET STP10NK60Z (fabricant ST). Ses calibres en courant et en tension sont respectivement de 10A et 600V. Il présente une valeur typique de la résistance à l’état passant de 650mΩ à 25°C et une valeur typique de la charge totale stockée lors du plateau de Miller de 25nC.
Concernant l’énergie grise, nous avons utilisé les modèles établis précédemment pour déterminer la surface de la puce et en déduire une énergie grise de 816Whp.
A4.2.3 Composant magnétique
Les références du composant magnétique n’ont pu être déterminées. Nous avons donc réalisé une série de mesure afin de déterminer les différentes grandeurs caractéristiques. Il présente, à 25°C, une résistance primaire de 0.5 Ω, une résistance secondaire de 36 mΩ, une inductance magnétisante de 732 µH. Ces valeurs ont été établies suite à une mesure à l’impédance-mètre de l’impédance du primaire, secondaire en court-circuit et inversement pour l’impédance du secondaire. A défaut de connaître les noyaux magnétiques utilisés pour réaliser le composant magnétique, nous avons considéré un pot RM12 qui présente des dimensions semblable à celle du composant utilisé dans le convertisseur commercial et le même matériau ferrite que celui employé précédemment (N97). A partir de cette hypothèse, on estime à 108 le nombre de tour au primaire du composant magnétique. Du point de vue des dimensions, nous avons conservé celle du pot RM12, à savoir une section du circuit magnétique est de 1,5 cm2 et une surface bobinable est de 1 cm², pour un volume de Fer de 8,3 cm3 et un volume de cuivre de 4,7 cm3 (avec un coefficient de remplissage de 0,8).
Pour l’énergie grise, elle se répartit entre le cuivre (420 Whp), le matériaux ferrite (310 Whp), la carcasse (205 Whp) et l’émaillage (150 Whp). Soit, en négligeant comme indiqué en section §2.3.1.4 l’énergie consommée par le process d’assemblage, un total de 1085 Whp.
A4.2.4 Diode Schottky
Le constructeur a choisi de mettre deux composants en parallèle afin de diminuer les pertes en conduction. Son choix s’est porté sur le composant STPS20150CT (fabricant ST) qui contiennent lui-même, deux diodes en parallèle (soit un total de quatre diodes en parallèle). Les calibres en courant et en tension du composant sont respectivement de 20A et 150V. Il présente une
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Annexe 4 : Caractéristiques du convertisseur commercial DC/DC DELL ADP-90FB
résistance à l’état passant de 10mΩ avec une tension de seuil de 0,59V. D’un point de vue des pertes les deux composants en parallèles seront équivalentes à une diode ayant une tension de seuil de 0.59V avec une résistance dynamique de 5mΩ.
Pour déterminer l’énergie grise des composants, on a utilisé le modèle liant la surface de puce avec le calibre en courant pour aboutir à une énergie grise de 625Whp (pour les deux composants).
A4.2.5 Condensateur de sortie
Le condensateur de sortie est constitué par la mise en parallèle de3 condensateurs électrochimiques de 3x680µF avec chacun une ESR de 24mΩ à 10kHz. Leur diamètre est de 10mm pour une hauteur de 16mm soit un volume 1,3cm3. D’un point de vue des pertes la mise en parallèles des trois condensateurs aura pour effet de diviser par trois l’ESR.
L’évaluation de l’énergie grise totale du condensateur équivalent a conduit à une valeur de 1420 Whp.