1.2 F ILS CONDUCTEURS ET CHAPITRES DU COURS

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CHAPITRE 1 :INTRODUCTION Page 1-1

SYSTÈMES ÉLECTRONIQUES I,1^ÈRE PARTIE

Introduction 1.

1.1 B UT

Le cours « Systèmes Electroniques I » est une description des fonctions élémentaires de l’électronique industrielle. En effet, pour pouvoir réaliser un système électronique sur la base d’un cahier des charges, il est nécessaire de bien maîtriser l’ensemble des fonctions constituant le système. Il faut non seulement avoir de bonnes connaissances en électronique mais également de l’ensemble du problème à résoudre. Par exemple pour une commande de moteur, il faut être capable de dimensionner les composants en fonction de la puissance à fournir, du niveau de tension, de courant et pour finir des contraintes d’environnement (température, vibrations, humidité,

…). Les progrès technologiques des circuits intégrés et des semiconducteurs de puissance permettent de réduire toujours plus l’encombrement de l’électronique, les contraintes thermiques et la tenue des diélectriques étant le dernier obstacle à la miniaturisation. Le concepteur de cartes électroniques doit avoir une très bonne connaissance des composants disponibles, il est donc important qu’il sache, de manière efficace, ou chercher l’information sur les plus récents développements et produits des fabricants.

1.2 F ILS CONDUCTEURS ET CHAPITRES DU COURS

Toutes cartes électroniques possèdent aux moins une alimentation sous la forme d’un régulateur de tension ou d’un convertisseur DC/DC. L’asservissement de ces composants nécessite l’utilisation de références de tension. Pour les composants travaillant en commutation, la commande des commutateurs électroniques (semiconducteurs) est un point important à comprendre et à maitriser.

Selon les contraintes, il peut s’avérer nécessaire de réaliser une séparation galvanique entre divers fonctions. Dans ce cas, les signaux analogiques et logiques devront être découplés de manières optoélectronique, capacitive ou inductive. Pour les alimentations avec séparation galvanique, l’utilisation d’un transformateur est nécessaire. La pratique montre que la compréhension du transformateur et son dimensionnement sont en général mal connus et mal maîtrisés.

Afin de répondre au mieux aux divers points soulevés ci-dessus, les chapitres du cours sont organisés selon la logique décrite ci-dessous.

Le chapitre 1 – Référence de tension est une description du design permettant la réalisation d’une référence de tension en tenant compte de sa sensibilité à la température.

Le chapitre 2 – Régulateur de tension donne un aperçu des composants réalisant un asservissement de la tension d’alimentation et des limites thermiques liées à la structure même de ces composants.

Le chapitre 3 – Alimentation à découpage à inductance simple donne les bases théoriques du fonctionnement des convertisseurs DC/DC sans séparation galvanique.

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Convertisseurs DC/DC Régulateurs linéaires Transformateur

Carte(s) électronique(s)

Tensions et courants d’entrée et de sortie Séparation galvanique

Type de convertisseur Contraintes thermiques Protection ...

Référence de tension Topologie

Effet de la température Précision ...

Entrée Standard ou planar Type de matériau Taille du circuit magnétique Nombre de spires ...

Tensions et courants d’entrée et de sortie Précision de la tension de sortie Contraintes thermiques Protection Stabilité

... Découplage des signaux

Driver de gate

Convertisseurs DC/DC

Transformateur Opto-électronique

Type

Courant impulsionnel de sortie Alimentation uni/bi-polaire Tenue en tension Protection ...

Type de découplage Vitesse Tenue en tension Protection ...

Figure 1-1 : Structure de l’alimentation d’une carte électronique

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Le chapitre 4 – Transformateur à impulsions donne les bases nécessaires à la réalisation non seulement des transformateurs utilisés pour les convertisseurs DC/DC avec séparation galvanique mais aussi pour la transmission découplée de signaux analogiques ou logiques. Puis dans la logique du déroulement du cours.

Le chapitre 5 – Alimentation à découpage à transformateur est une description non exhaustive des convertisseurs DC/DC avec séparation galvanique.

Le chapitre 6 – Commande des composants en commutation donne plusieurs pistes pour la commande de commutateurs électroniques.

Le chapitre 7 – Composants des alimentations à découpage concerne le dimensionnements d’une inductance ou d’un transformateur pour les alimentations à découpage. Il donne également une brève description des divers composants passifs utilisables pour ce type d’application.

Le chapitre 8 – Commande des éléments de commutation est une description des topologies les plus courantes pour réaliser des commandes pour MOSFET et IGBT en tenant compte des contraintes de l’application.

Le chapitre 9 – Découplage des signaux fait l’inventaire des moyens pour transmettre des signaux entre deux parties séparées galvaniquement d’une carte électronique.

1.3 C ONSIDÉRATIONS TECHNOLOGIQUES

1.3.1 Généralités

L’électronique peut être soumise à des contraintes sévères. Chaque composant doit être choisi de manière optimale au niveau de ces caractéristiques, de son boitier, de sa disponibilité et de son coût.

L’ensemble de ces exigences n’est pas simple à maitriser. Cette section donne description succincte des contraintes auxquelles il faut faire face. Dans le cadre de ce cours, les composants suivants seront abordés.

− Amplificateurs opérationnels.

− Références de tension et de courant.

− Régulateurs linéaires (LDO)

− Circuits dédicacés aux abaisseurs (step-down) et aux élévateurs de tension (step-up)

− Circuits dédicacés aux alimentations Flyback, Forward, push-pull

− Driver de gate

− Circuits magnétiques.

− Semiconducteurs dédiés à la commutation, MOSFET, IGBT, Diode

Chacun de ces composants doit répondre à des exigences dépendant de l’application. Les références de tension doivent fournir des tensions indépendantes de la tension alimentation et de la température.

Les régulateurs de tension et les convertisseurs DC/DC doivent être stables (asservissement de tension) sous certaines conditions bien maitrisée, ils doivent être protégés contre les courts-circuits et contre les surcharges thermiques. Les transformateurs doivent travailler dans leur zone linéaire, la saturation du circuit magnétique ne doit jamais se produire Enfin la commande des semiconducteurs de puissance (driver de gate) doit être réalisée de manière à optimiser le nombre et le coût des composants.

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1.4 N OTES D ’ APPLICATIONS

Le cours a pour but de vous faire découvrir la théorie qui se cache derrière chaque fonction constituant un système électronique. Des notes d’applications, basées sur des exemples concrets sont aussi à disposition pour illustrer le cours par des aspects plus pratique.

1.5 A VERTISSEMENT

Ce cours se base sur les cours suivants : ENA : Electronique analogique

SES : Signaux et systèmes