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Conception d'une alimentation à haut rendement et à facteur de puissance unitaire basée sur la topologie flyback

Fleury, Pascal (2005). Conception d'une alimentation à haut rendement et à facteur de puissance unitaire basée sur la topologie flyback. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Ce document présente la conception et les résultats pratiques de la topologie choisie pour la réalisation d'un convertisseur CA-CC monophasé, à haut rendement et à facteur de puissance unitaire. Une des particularités de ce convertisseur est que la tension d'entrée varie sur une large plage (208V--480V CA). La tension régulée de sortie est de 320 V CC, pour une puissance de 1000W. Dès le début de la conception, le mot d'ordre était de produire un convertisseur le plus simple et économique possible, tout en recherchant une efficacité de plus de 90%.

La topologie retenue est celle d'un flyback à deux interrupteurs, suivi d'un post - régulateur "Buck" à deux entrées.

La démarche présentée ici comprend une recherche bibliographique, une analyse de la topologie choisie permettant d'évaluer la faisabilité et le dimensionnement des composants, la simulation de certaines portions du circuit avec Spice, les détails de conception ainsi que les résultats pratiques obtenus sur le prototype.

Les résultats expérimentaux sont présentés et discutés. L'efficacité totale atteint près de 90% pour la tension de réseau minimale (208V rms). Le taux de distorsion harmonique du courant est de 4%, pour un taux de distorsion harmonique de la tension de réseau de 2%. Le facteur de puissance est quasi-unitaire pour toute puissance de plus de 25% de la puissance nominale, pour la tension d'entrée minimale.

La topologie utilisée est simple, et le circuit de commande et les circuits auxiliaires utilisent des composants courants et peu dispendieux.

Titre traduit

Universal voltage, unity power factor, high efficiency flyback rectifier with regenerative snubber

Résumé anglais

In this research, a high efficiency rectifier based on the two-transistor flyback topology is proposed, and experimental results are discussed. The input voltage spans the range from 208Vac to 480Vac, while the output is regulated at 320Vdc. Since the input voltage is alternatively lower and higher than the output voltage, the flyback topology was considered because of its ability to buck or boost the voltage. Using the two-transistor configuration allows lower peak voltage across the switches.

High efficiency is achieved by use of a regenerative snubber on each of the two main IGBT transistors. While each of these two snubbers rely on an auxiliary switch and an auxiliary transformer, relatively low current flows through them thus allowing small and inexpensive components to be used. Also, no additional gate signal is needed, so the whole converter is controlled by a single PWM signal.

Charge control is used to ensure good tracking of the line current. This method integrates the current drawn from the source and compares the resulting signal to a reference whose amplitude is modulated to maintain output voltage constant. When the reference level is reached, the integrator is reset and the gate signal goes low for the remainder of the switching cycle. Charge control can be used with converters operating in continuous and discontinuous mode, which is a necessity here because both modes of operation are used during the line cycle. Very good tracking is obtained by this method, and with adequate filtering unity power factor is attained with very low THD, even though the control method exhibits sub-harmonic oscillations near zero-crossings of the line voltage.

Experimental results, which are discussed in the paper, show near-unity power factor (0.999), low THDi of 4% (line voltage THDv is 2%), and efficiency exceeding 90% worst-case, measured at nominal load and lowest input voltage (208Vac).

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie électrique". Bibliogr.: f. [140]-141. Chap. 1. Revue de la littérature -- Chap. 2. Conception du redresseur PFC -- Chap. 3. Méthode de commande -- Chap. 4. Protection, démarrage et circuits auxiliaires -- Chap. 5. Conception du post-régulateur ti-buck -- Chap. 6. Conception du flitre d'entrée -- Chap. 7. Conception des éléments magnétiques -- Discussion et interprétation des résultats.
Mots-clés libres: Alimentation, CA-CC, Conception, Convertisseur, Facteur, Haut, Monophase, Puissance, Rendement, Retour, Spot, Unitaire.
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Al-Haddad, Kamal
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Cyr, Jean-Marc
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie électrique
Date de dépôt: 31 janv. 2011 21:25
Dernière modification: 01 nov. 2016 23:12
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/344

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