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Article

1 - ÉLABORATION DU CIRCUIT ÉQUIVALENT

2 - SÉPARATIONS SIMPLIFICATRICES

3 - REPRÉSENTATIONS TRADITIONNELLES DU COUPLAGE MAGNÉTIQUE

4 - REPRÉSENTATION ACTUELLE DU COUPLAGE MAGNÉTIQUE

5 - REPRÉSENTATION DES PERTES DYNAMIQUES DU COUPLAGE MAGNÉTIQUE

6 - REPRÉSENTATION DU COUPLAGE ÉLECTROSTATIQUE

7 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : D3058 v1

Élaboration du circuit équivalent
Transformateurs HF à  enroulements - Schémas à constantes localisées

Auteur(s) : Jean-Pierre KERADEC

Date de publication : 10 févr. 2008

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RÉSUMÉ

Afin de réaliser des simulations fiables en électronique de puissance, des circuits équivalents capables de représenter les composants bobinés sont nécessaires. Cependant, lorsque le nombre d'enroulements dépasse 3, peu de représentations générales sont proposées. En s’intéressant à la représentation des transformateurs à n enroulements par des circuits équivalents à constantes localisées, cet article vise principalement les composants transmettant de 1 W à 10 kW et fonctionnant entre 10 kHz et 10 MHz. La méthode présentée permet de trouver des circuits équivalents aptes à représenter le couplage magnétique de n'importe quel transformateur à n-enroulements.

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ABSTRACT

In order to achieve reliable simulations in power electronics, equivalent circuits able to represent wound components are needed. However, for windings greater than 3 in number, few general representations have been put forth. By focusing on the representation of N winding transformers by localized constant equivalent circuits, this paper focuses mainly on components transmitting between 1 W and 10 kW and operating at between 10 kHz and 10 MHz The method presented makes it possible to find equivalent circuits suitable for representing the magnetic coupling of any N-winding transformer.

Auteur(s)

  • Jean-Pierre KERADEC : Enseignant-chercheur - Laboratoire d'électrotechnique de Grenoble (LEG / ENSIEG)

INTRODUCTION

Ce dossier, divisé en deux parties, s'intéresse à la représentation des transformateurs à n enroulements par des circuits équivalents à constantes localisées. Il vise principalement les composants transmettant de 1 W à 10 kW et fonctionnant entre 10 kHz et 10 MHz.

Les circuits élaborés dans cette première partie sont exploitables par tous les logiciels de simulation électronique.

Dans un autre dossier, à paraître ultérieurement, seront décrites des méthodes permettant d'identifier tous les éléments de ces circuits. Elles s'appuient, exclusivement, sur des mesures d'impédances ne nécessitant aucun démontage du composant.

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De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-d3058


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1. Élaboration du circuit équivalent

  • Les transformateurs sont présents dans de très nombreux domaines de l'électricité et de l'électronique. Ces composants passifs permettent d'adapter, avec un fort rendement énergétique, les niveaux de tensions et de courants aux besoins de l'utilisation. Qui plus est, ils procurent une isolation galvanique entre leur entrée et leur sortie.

    Ces deux propriétés, jointes au fait qu'il peuvent temporairement stocker de l'énergie, en font des composants clés de l'électronique de puissance.

    • Ce dossier vise essentiellement les transformateurs utilisés dans les convertisseurs de l'électronique de puissance. Toutefois, la généralité des approches adoptées est telle que ces études ont déjà été appliquées avec succès à des domaines très éloignés de celui des convertisseurs, comme la réponse d'un transformateur de 1 MVA aux ondes de foudre, ou la réponse fréquentielle d'une tête de lecture submillimétrique de disque dur.

    • Contrairement aux autres composants, les transformateurs nécessaires aux convertisseurs sont rarement des composants standards disponibles sur catalogue. La plupart du temps, ils sont réalisés à la demande, pour une application donnée. C'est donc, fait exceptionnel, au concepteur du circuit qu'il revient de spécifier ce composant. Si on en juge par le nombre de leurs entrées (4, 5, 6 enroulements ne sont pas rares), les transformateurs sont, sans conteste, les plus compliqués des composants passifs.

  • Nous allons apprendre ici à décrire le comportement électrique de ces composants, dans toutes les conditions rencontrées en électronique de puissance.

    • Pour maintenir la complexité à un niveau raisonnable, nous admettrons que ces composants se comportent de façon linéaire. Cette vision est souvent très proche de la réalité pour les transformateurs HF mais, reconnaissons-le, c'est la principale limitation de notre approche.

      Ceci admis, il faut avoir à l'esprit que, lorsqu'elle se manifeste, la non linéarité est, presque toujours, due au comportement du noyau magnétique. De ce fait, elle ne touche que certains éléments du circuit équivalent, l'inductance magnétisante, en particulier, et on conçoit qu'un transformateur puisse se comporter de façon linéaire ou non...

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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES

  • Des schémas équivalents pour les circuits couplés multi-enroulements

  • Advances in switched mode power conversion

  • Modélisation des transformateurs haute fréquence

  • A multiple-winding model having directly measurable parameters

  • Modélisation et simulation de transformateurs pour alimentations à découpage

  • Recherche de circuits équivalents pour les composants magnétiques haute fréquence

1 Logiciels de simulation électronique

(Liste non exhaustive)

PSpice, version d'évaluation 9.1 Créateur : OrCAD Inc. http://www.cadence.com/products/orcad/pspice_a_d/index.aspx

Saber Créateur : Synopsys https://www.synopsys.com/verification/virtual-prototyping/saber.html

Simplorer, nouvelle version 7.0 Créateur : Ansoft Corporation http://www.ansoft.com/products/em/simplorer/

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