Qu’est-ce qu’une alimentation à radiofréquence ?
Une alimentation à radiofréquence délivre une tension constante à une fréquence de plusieurs kHz à plusieurs centaines de kHz.
Les types d’alimentation sont classés en fonction de leurs éléments de commutation, certains utilisant des transistors et d’autres des tubes à vide. La méthode des tubes à vide est utilisée depuis longtemps et fait appel à des tubes transmetteurs et à des transformateurs de grande taille, ce qui augmente la taille de l’alimentation.
La méthode basée sur les transistors, en revanche, a récemment vu le développement d’onduleurs utilisant des éléments appelés MOSFET : ils sont d’une taille plus petite et d’une efficacité de sortie de l’alimentation plus élevée. Les alimentations à radiofréquence sont principalement utilisées pour chauffer des objets à l’aide d’une technique connue sous le nom de chauffage par induction.
Les utilisations industrielles comprennent la trempe, le soudage de tubes ERW, le chauffage de plaques d’acier minces, ainsi que la génération et le nettoyage de plasma.
Utilisations des alimentations à radiofréquence
Les alimentations à radiofréquence sont utilisées pour générer des courants de Foucault afin de chauffer des objets dans le cadre du chauffage par induction à radiofréquence. Les utilisations spécifiques sont les suivantes :
- Chauffage par induction micro-ondes et électromagnétique
- Génération de plasma
- Modification de surface
- Nettoyage
Elles sont également utilisées dans la fabrication de semi-conducteurs et de cristaux liquides, la fabrication de MEMS, de cellules solaires, le nettoyage par plasma, ainsi que dans les industries de l’acier et du forgeage. Il est également de plus en plus utilisé dans l’industrie des nouveaux matériaux, la production alimentaire, la fabrication de matériaux de construction, le séchage du bois, la thermothérapie médicale, l’électronique, l’automobile, la fusion du vinyle et d’autres secteurs industriels.
Les alimentations à radiofréquence pour la génération de plasma excitent le plasma au moyen d’un champ électrique à radiofréquence, qui chauffe les ions et les électrons qui forment le plasma. Elles sont également utilisées pour développer des matériaux fonctionnels en irradiant des surfaces telles que des matériaux polymères afin de sélectionner le type de groupe fonctionnel ou de contrôler les espèces radicalaires à la surface.
Principe de l’alimentation à radiofréquence
Pour générer une source d’alimentation à radiofréquence, la source d’alimentation en courant alternatif doit être convertie une première fois en courant continu, passer par un onduleur et être à nouveau convertie en courant alternatif. L’alimentation en courant alternatif est d’abord convertie en courant continu à l’aide de diodes en pont.
Un pont de diodes est un élément composé de six diodes connectées en pont. L’inversion de la tension négative de l’alimentation en courant alternatif permet d’obtenir une tension continue. La tension continue est ensuite convertie en onde carrée à l’aide d’un élément de commutation, qui est connecté à un transformateur d’adaptation.
La tension est ensuite convertie en fonction du nombre d’enroulements du transformateur et finalement convertie en courant alternatif dans un circuit résonant.
Types d’alimentations à radiofréquence
Les alimentations à radiofréquence (onduleurs) sont classées en fonction de leurs éléments de commutation.
1. Onduleurs à thyristors
Les thyristors sont utilisés comme élément oscillant. Ils conviennent pour les alimentations commerciales à des fréquences allant jusqu’à 10 kHz et à des tensions élevées, avec des éléments de grande taille.
2. Inverseurs à transistors bipolaires
Convient aux petits oscillateurs de 500 W à 2 kW. L’élément est petit et utilisé pour les types pratiques, etc.
3. Onduleurs à IGBT
IGBT signifie “Insulated Gate Bipolar Transistor” (transistor bipolaire à porte isolée). Ils possèdent des éléments de grande taille et conviennent aux utilisations à courant élevé et aux circuits résonnants en série. Fréquence de 10 kHz à 50 kHz, pour les grandes sorties.
4. Onduleurs MOSFET
MOSFET signifie “Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor” (transistor à effet de champ à métal-oxyde-semiconducteur). Ils conviennent aux utilisations à radiofréquence et sont plus petits que les autres dispositifs. Les fréquences de 100 kHz à 400 kHz sont courantes et ils ne conviennent pas pour les grandes sorties.
5. Tubes à vide
Adaptés aux utilisations à radiofréquence, de type oscillation auto-excitée, avec des fréquences de 100 kHz à 10 MHz. L’équipement est plus volumineux en raison de l’utilisation de gros tubes émetteurs et de gros transformateurs.
Autres informations sur les alimentations à radiofréquence
Types de contrôle de l’alimentation
1. Contrôle de la tension
Il s’agit d’une méthode de contrôle utilisant des éléments qui suppriment la tension continue, tels que les thyristors. Elle convient à la trempe car la fréquence est fixe et la profondeur de pénétration du courant peut être fixée.
Le circuit est complexe et coûteux car il nécessite un aplatissement à l’aide d’un condensateur d’alimentation.
2. Contrôle du courant
Du côté de l’oscillateur, la valeur du courant de sortie est constante car la fréquence varie en ajustant automatiquement la résistance de la charge pour qu’elle corresponde à la valeur du courant indiqué. La fréquence de l’oscillateur varie donc constamment.
3. Contrôle de la puissance
La valeur de la puissance d’entrée est calculée en multipliant la valeur de la tension et du courant de la section CC. La sortie est alors contrôlée en fonction de la valeur indiquée.
4. Contrôle PWM
Il s’agit d’une méthode de contrôle que l’on trouve dans les petits oscillateurs. Il s’agit d’une méthode de contrôle dans laquelle la largeur de l’impulsion (rapport d’obligation) varie, tandis que le cycle reste constant.