Comment les chargeurs de téléphone ont-ils une tension d'entrée variable avec une tension de sortie constante?

Ma compréhension de base est qu'un transformateur peut abaisser une tension selon le rapport des enroulements primaire et secondaire, car il s'agit d'un rapport dont la sortie n'est pas constante.

Ainsi ma question est, comment les chargeurs comme le chargeur de téléphone Apple (une alimentation en mode Fly-back Switch) peuvent-ils prendre une entrée de 100v-240v ~ 50/60 Hz pour créer une sortie constante de 5v?

Ci-dessus est un schéma de circuit supposé du chargeur de téléphone Apple.

cette tension de sortie constante est-elle un effet du transformateur flyback? (J'ai peu d'expérience dans les alimentations AC en DC) Toute aide est appréciée.

Les alimentations AC-DC modernes effectuent la conversion de tension en trois étapes. En gros, le processus est le suivant.

Tout d'abord, ils rectifient le courant alternatif en courant continu, de sorte que 100 V CA entre dans environ 140 V CC, et 240 V CA donne environ 340 V CC. Ceci est une première étape. Il s'agit de la plage de tensions dont traite le deuxième étage du convertisseur. Et cette tension a des ondulations horribles à 100-120 Hz.

Le deuxième étage est un "hacheur" qui module le courant continu à haute tension en impulsions haute fréquence, 100 kHz ou quelque chose. Il y a un circuit intégré de contrôleur qui pilote une paire de MOSFET puissants, qui sont chargés avec l'enroulement primaire du transformateur d'isolement. Le transformateur, comme vous l'avez bien noté, a un rapport d'enroulement fixe, de sorte que les impulsions de sortie auraient une amplitude variable proportionnelle à l'entrée CC (qui est de 140 à 340 V, sans compter les ondulations de la rectification primaire 50/60 Hz).

Cependant, le hacheur produit également ces impulsions de largeur différente, ce qui est appelé PWM - Pulse-Width-Modulation. Ainsi, la sortie du transformateur, lorsqu'elle est redressée par un redresseur à diode "à mi-chemin" et lissée avec un grand condensateur de sortie, peut en moyenne avoir une amplitude variable: des impulsions étroites réduisent l'amplitude moyenne, et vice versa. Il s'agit du troisième étage du convertisseur AC-DC.

Ainsi, alors que le transformateur a un rapport d'enroulement fixe, le PWM permet toujours de changer la sortie du redresseur dans une plage considérable, acceptant ainsi le rapport du transformateur fixe et une vaste plage de tension d'entrée, y compris les ondulations de tension.

Le contrôle final et la stabilisation de la tension se font via un mécanisme de rétroaction négative utilisant des opto-isolateurs linéaires. Si la tension redressée devient trop élevée, la rétroaction fait que le CI du contrôleur produit des impulsions plus étroites, de sorte que la tension diminue, et vice versa. Ce mécanisme de rétroaction ne prend pas seulement en charge la tension, il contrôle également la puissance globale délivrée dans la charge du bloc d'alimentation.

Il y a quelques détails fins sur la façon dont les transformateurs tolèrent les formes d'onde asymétriques, il y a quelques astuces d'ingénierie fines dans les coulisses, mais en gros c'est tout.

Si vous voulez identifier un «composant» responsable de la tension de sortie constante, c'est le «feedback».

Le chemin aller qui comprend le transformateur flyback pousse une quantité contrôlable de puissance à la sortie. La tension sur la sortie est mesurée et la rétroaction demande une quantité de puissance plus ou moins grande à chaque instant pour maintenir la tension constante.

La voie directe est conçue pour pouvoir fonctionner à partir de n'importe quelle tension dans la plage d'entrée, ce qui nécessite un peu de soin avec la conception, mais est assez simple.

Le fonctionnement d'un convertisseur flyback est que sa tension de sortie s'adapte à la tension nécessaire pour fournir la puissance qui lui a été demandée. Il peut augmenter ou diminuer d'un grand rapport, pour lui permettre de correspondre au rapport de tension d'entrée et de sortie.

Le chargeur de téléphone doit faire plusieurs choses en plus de réguler la tension. Il doit convertir le courant alternatif en courant continu, réduire considérablement la tension et fournir une isolation substantielle entre l'entrée et la sortie.

Étant donné que nous ne sommes concernés que par la réglementation, considérons plutôt un chargeur DC-DC "dans la voiture", qui accepte le courant continu sur une plage de tension généralement large pouvant atteindre 28 V, et le convertit en 5 V.

Le chargeur utilise probablement un transistor et une diode à commutation rapide pour basculer rapidement entre la tension d'entrée et la masse, puis un filtre LC pour lisser la commutation et produire la tension moyenne. La fonction de transfert résultante est Vout = D * Vin, où D est un rapport cyclique PWM. Pour des tensions d'entrée raisonnables, il y aura une valeur "D" qui donne 5v.

Dans sa forme la plus simple, D est réglé par un "amplificateur d'erreur" de commande comparant Vout à une tension de référence.

Dans des versions plus raffinées, le circuit PWM est modifié pour annuler l'influence de Vin, deux exemples en sont "feedforward" et "current mode". En mode courant, l'impulsion PWM se termine lorsque le courant dans l'inductance atteint une valeur. Si la tension d'entrée est plus élevée, la valeur est atteinte plus tôt mais la sortie n'est relativement pas affectée.

Si cette conception DC-DC est "mise à niveau" pour inclure un transformateur, elle donne la configuration "avant" populaire qui peut être plus compacte et efficace que le flyback car le transformateur peut utiliser des pièces magnétiques optimisées pour l'utilisation du transformateur (ferrite), et l'inductance peut utiliser des pièces pour inductance (poudre de fer).

Le "transformateur" d'un convertisseur flyback n'est techniquement pas un transformateur mais deux inductances couplées. Contrairement à un transformateur, il stocke l'énergie magnétique dans un espace d'air. Le réservoir d'énergie est chargé via un interrupteur (transistor) pendant le balayage et déchargé via une diode pendant le retour. La source et la charge ne sont jamais connectées simultanément, et donc le rapport de spires ne s'applique pas.

Au lieu de cela, le rapport cyclique, ou le rapport marche / arrêt, est ce qui compte, car la tension moyenne sur tout inducteur doit être nulle. Ce rapport varie facilement. La tension de sortie est généralement régulée activement, c'est-à-dire stabilisée contre les variations de charge, par un régulateur à rétroaction.

Le convertisseur flyback génère la haute tension pour un écran CRT, en utilisant le flyback (ou retrace) rapide de la déviation horizontale, d'où son nom.

Edit: le rapport de tours compte aussi, mais pas autant.