1. Principe de base du transformateur push-pull

Le transformateur push-pull est un transformateur haute fréquence largement utilisé dans les appareils électroniques de puissance tels que les alimentations à découpage et les onduleurs. Son principe de fonctionnement de base consiste à utiliser deux dispositifs de commutation à conduction alternative (tels que des MOSFET ou des BJT) pour convertir la tension d'entrée en une tension alternative haute fréquence via l'enroulement primaire du transformateur. L'enroulement secondaire redresse et filtre ensuite la tension pour produire la tension continue souhaitée.

Structure de base du circuit :

• Enroulement primaire : connecté à deux appareils de commutation conducteurs alternativement.

• Enroulement secondaire : produit une tension alternative haute fréquence, qui est redressée et filtrée pour obtenir une tension continue.

• Prise centrale : La prise centrale de l'enroulement primaire est généralement connectée à la borne positive de l'alimentation d'entrée.

Principe de fonctionnement :

• Lorsqu'un appareil de commutation est allumé, le courant traverse la moitié de l'enroulement primaire jusqu'à la terre, générant un flux magnétique dans une direction.

• Lorsqu'un autre appareil de commutation est activé, le courant circule à travers l'autre moitié de l'enroulement primaire jusqu'à la masse, générant un flux magnétique dans la direction opposée.

• Les deux dispositifs de commutation sont allumés alternativement, provoquant une alternance du flux magnétique dans le noyau du transformateur dans deux directions, induisant ainsi une tension alternative dans l'enroulement secondaire.

2. Caractéristiques de conception des transformateurs push-pull

avantage :

• Haute efficacité : En raison de la conduction alternée de deux appareils de commutation, le temps de conduction de chaque appareil est relativement court, ce qui entraîne une faible perte de conduction.

• Densité de puissance élevée : capable de gérer une puissance élevée, adaptée aux applications dans la plage de puissance moyenne.

• Fonction d'isolation : L'isolation électrique entre l'entrée et la sortie est réalisée via un transformateur, améliorant ainsi la sécurité.

Inconvénients :

• Problème de polarisation magnétique : Si les temps de conduction de deux appareils de commutation ne sont pas complètement symétriques, cela peut entraîner un déséquilibre du flux magnétique dans le noyau du transformateur, entraînant un phénomène de polarisation magnétique.

• Exigences élevées pour les appareils de commutation : étant donné que la prise centrale de l'enroulement primaire est connectée au pôle positif de l'alimentation d'entrée, les appareils de commutation doivent résister à une tension relativement élevée.

3.Scénarios d'application des transformateurs push-pull

Les transformateurs push-pull sont largement utilisés dans les domaines suivants :

• Alimentation à découpage : elle est utilisée pour convertir la tension continue d'entrée en une tension alternative haute fréquence, qui est ensuite redressée et filtrée pour produire la tension continue requise.

• Onduleur : convertit la tension CC en tension CA pour entraîner des moteurs ou d'autres charges CA.

• Équipement de communication : utilisé dans les modules d'alimentation pour fournir une alimentation électrique stable.

• Équipements d'automatisation industrielle : tels que des automates programmables, des convertisseurs de fréquence, etc., permettant une conversion de puissance efficace.

4.Étapes de conception du transformateur push-pull

Étape 1 : Déterminer les paramètres d’entrée et de sortie

• Plage de tension d'entrée : Déterminez les valeurs minimales et maximales de la tension d'entrée.

• Tension et courant de sortie : Déterminez la tension de sortie et le courant de sortie maximum.

Étape 2 : Sélectionnez les paramètres du transformateur

• Rapport de transformation du transformateur : sélectionnez un rapport de transformation approprié en fonction du rapport de tension d'entrée/de sortie.

• Noyau du transformateur : sélectionnez le matériau et la taille du noyau appropriés pour garantir que le noyau ne sature pas.

• Enroulements primaires et secondaires : Concevez le nombre de tours et le diamètre des fils des enroulements primaires et secondaires en fonction des exigences de courant et de tension.

Étape 3 : Concevoir le circuit de commande

• Signal de commande : concevez deux signaux de commande qui sont activés alternativement, en veillant à ce que les deux dispositifs de commutation ne s'allument pas simultanément.

• Temps mort : définissez un temps mort approprié pour éviter les courts-circuits provoqués par la conduction simultanée de deux appareils de commutation.

Étape 4 : Concevoir le circuit de protection

• Protection contre les surintensités : Concevez un circuit de protection contre les surintensités pour empêcher la surcharge du transformateur et des appareils de commutation.

• Protection contre les surtensions : Concevez un circuit de protection contre les surtensions pour éviter les dommages à la charge causés par une tension de sortie trop élevée.

5. Cas de conception réel

Vous trouverez ci-dessous un exemple de conception d'un convertisseur DC/DC push-pull basé sur LT3999 :

Paramètres des circuits :

• Plage de tension d'entrée : 10 V à 15 V

• Tension de sortie : 5 V

• Courant de sortie : 400 mA

Étapes de conception :

• Sélection d'un transformateur : choisissez un transformateur haute fréquence approprié, en vous assurant que son rapport de transformation et ses paramètres de noyau répondent aux exigences de conception.

• Conception du circuit de commande : à l'aide du pilote push/pull DC/DC monolithique LT3999, concevez deux signaux de commande qui alternent en conduction.

• Concevoir des circuits de protection : ajoutez des circuits de protection contre les surintensités et les surtensions pour assurer la stabilité et la sécurité du système.

• Tests et optimisation : effectuez des tests sur des circuits réels et ajustez les paramètres du circuit pour optimiser les performances.

Résultats des tests :

• Tension de sortie : Dans la plage de tension d'entrée de 10 V à 15 V, la tension de sortie reste à 5 V.

• Consommation d'énergie : sur toute la plage de courant de charge, la consommation d'énergie reste faible et le rendement est élevé.

• Température : En contrôlant le cycle de service, la différence de tension aux bornes du LDO est réduite, supprimant ainsi l'augmentation de la température.