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ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE DEPARTEMENT GENIE-ELECTRIQUE UNIVERSITE CHEIKH A

ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE DEPARTEMENT GENIE-ELECTRIQUE UNIVERSITE CHEIKH ANTA DIOP M. Saliou THIAW Mme. Coumba D. DIAGNE DIC2 Professeur : M. Papa S.TRAORE Circuits d’aide à la commutation ou Snubber Année universitaire : 2020-2021 Circuit d’Aide à La Commutation Snubber 2 Table des matières I. Introduction ...................................................................................................................... 4 II. Notion de Commutation ..................................................................................................... 4 1. Notion de commutateur ................................................................................................... 4 III. intérêts des circuits snubber ............................................................................................ 5 1. Contrôler dv/dt et di/dt .................................................................................................... 5 2. Diminution des dissipations ............................................................................................ 5 3. Association de circuits d’aide à la commutation ............................................................. 5 IV. Classification des circuits d’aide à la commutation ........................................................ 6 1. CALC polarisé ................................................................................................................. 6 2. CALC dissipatif¨ ............................................................................................................. 6 3. CALC actif ...................................................................................................................... 6 V. Les différents types de circuits d’aide à la Commutation ................................................. 6 1. CIRCUITS D’AIDE A L’OUVERTURE ....................................................................... 6 A. Réseau d’aide R-C ................................................................................................... 6 B. Réseau polarisé R-C-D ............................................................................................ 7 2. CIRCUITS D’AIDE A LA FERMETURE ..................................................................... 8 A. Réseau R-L simple ................................................................................................... 8 B. Réseau polarisé R-L-D ............................................................................................. 8 C. Circuit d’aide à l’ouverture R-L-C .......................................................................... 9 3. CALC NON DISSIPATIFS ............................................................................................ 9 A. CALC non- dissipatif d’aide à l’ouverture ............................................................ 10 B. CALC non dissipatif d’aide à la fermeture : .......................................................... 12 VI. Conclusion .................................................................................................................... 12 Circuit d’Aide à La Commutation Snubber 3 Listes des figures Figure 4:principe de l’aide à la fermeture .................................................................................. 5 Figure 5:principe de l'aide à l'ouverture ..................................................................................... 5 Figure 6:réseau d'aide à l'ouverture RC ..................................................................................... 7 Figure 7:réseau d'aide à l'ouverture ............................................................................................ 8 Figure 8: CALC RL non polarisé ............................................................................................... 8 Figure 9:réseau d'aide à la fermeture RLD ................................................................................. 9 Figure 10:réseau d'aide à la fermeture RLC ............................................................................... 9 Figure 11:réseau 3D-2C-1L à deux bornes .............................................................................. 10 Figure 12:réseau 3D-2C-1L à trois bornes (variantes et montage) .......................................... 11 Figure 13:réseau d'aide non dissipatif à tension intermédiaire ................................................ 11 Figure 14:CALC de courant à résonance ................................................................................. 12 Circuit d’Aide à La Commutation Snubber 4 I. Introduction Ayant le souci de travailler à rendement maximum, l'électronique de puissance ne peut être qu'une électronique de commutation où les composants ne fonctionnent qu'en interrupteurs, dissipant des pertes lors des commutations et occasionnant des problèmes de surtension au blocage. Etant au cœur des convertisseurs, les commutateurs de puissances déterminent directement la fiabilité et le rendement des systèmes. Pour améliorer les performances d’un circuit de commutation, des circuits d’amortissement sont placés sur ces commutateurs pour éliminer les pointes de courant, atténuer l’oscillation causée par l’inductance de circuit à l’ouverture du commutateur, limiter l’éclat à travers les contacts relais en présence de charges inductives etc. C’est dans cette optique qu’interviennent les circuits d’aide à la commutation ( CALC ) ou circuits snubber, dispositifs utilisés pour supprimer («to snub ») les phénomènes de transitoires électriques. Il serait alors intéressant de comprendre la notion de commutation, l’intérêt des snubber, leur classification et également étudier les différents types de ces circuits de protections. II. Notion de Commutation 1. Notion de commutateur Selon une définition non exhaustive tirée de Wikipédia, un commutateur définit comme étant dispositif mécanique qui permet de choisir quels circuits seront reliés. Un interrupteur est un commutateur qui permet de choisir entre un circuit ou rien. le terme commutation résume toute application nécessitant un basculement entre différents circuits de puissance. Les "interrupteurs" de l'électronique de puissance travaillent dans le domaine des hautes fréquences jusqu'à plusieurs dizaines de kHz. Il est impossible d'employer des interrupteurs classiques. Ceux-ci ne supporteraient pas de telles fréquences de fonctionnement. De plus, un arc électrique s'établirait entre les contacts qui ne couperaient plus aucun courant. Seuls les interrupteurs statiques à base de semi-conducteurs sont utilisés. On trouve :  la diode,  le transistor bipolaire,  le transistor à effet de champ à grille isolé (MOS),  l'IGBT (insulated gate bipolar transistor),  le thyristor "Classique",  le thyristor GTO (gate turn off). Chaque commutateur présent ses propres caractéristiques intrinsèques qui interviennent dans son choix lors de projet. Circuit d’Aide à La Commutation Snubber 5 III. Intérêt des circuits snubber 1. Contrôler dv/dt et di/dt Les circuits ou réseaux d’aide à l’ouverture sont l’application de la faculté du condensateur à contrôler les variations de tensions. Cependant, la capacité C ne pourra être placée seule dans le montage, il se comporterait comme une capacité parasite. Ainsi on lui adjoint un circuit que nous désignerons par R pour le contrôler. Le circuit R fera office de « roue libre du CALC» et déterminera le type son type. Figure 2:principe de l'aide à l'ouverture Partant du même principe, un circuit d’aide à la fermeture se compose d’une self associée à un circuit annexe (circuit R de la Figure 2) qui assurera et contrôlera son bon fonctionnement. Une importante remarque est que les CALC n’interfèrent pas sur le principe de fonctionnement du convertisseur. 2. Diminution des dissipations On a recours aux circuits d’aide à la commutation pour diminuer les dissipations dans les commutateurs de puissance. Cependant, bien dimensionné un CALC peut également réduire la dissipation totale du convertisseur c'est-à-dire la dissipation dans commutateur et dans le CALC. (Cas des transistors). 3. Association de circuits d’aide à la commutation Dans la plupart des applications le besoin à la fois d’un réseau d’aide à l’ouverture et d’un réseau d’aide à la fermeture s’avère nécessaire. Il est aussi possible de monter sur un même circuit deux circuits d’aide à l’ouverture : l’un polarisé pour contrôler en général la tension et l’autre non polarisé pour étouffer les oscillations dues aux réactances parasites. L’usage simultané de CALC et de circuits d’écrêtage est aussi une application courante dans les alimentations à découpage. Figure 1:principe de l’aide à la fermeture Circuit d’Aide à La Commutation Snubber 6 IV. Classification des circuits d’aide à la commutation 1. CALC polarisé Le courant ne circule dans le circuit que dans un sens bien défini. Cette propriété est en général due à la présence d’une ou plusieurs diodes dans le circuit. Il est évidemment souhaitable d’avoir des CALC polarisés du fait qu’ils sont plus faciles à contrôler et à dimensionner. Les CALC non polarisés présentent l’avantage de contrôler le di/dt ou le dv/dt et de pouvoir atténuer les oscillations dues aux réactances parasites. Mais ces dernières sont plus dissipatifs que les circuits polarisés. 2. CALC dissipatif Dans le cas où le CALC est non dissipatif l’énergie mise en jeu lors des commutations transite seulement dans le circuit avant d’être restituée intégralement au circuit de puissance. Les CALC non dissipatifs sont en général plus complexes que les CALC dissipatifs. 3. CALC actif Un CALC est actif lorsqu’il comporte d’autres interrupteurs commandés. Les circuits d’aides actifs ne sont plus tellement des circuits d’aides à la commutation mais font partie des techniques pour une commutation à tension nulle ZVS et/ou commutation à courant nul ZCS. En effet, le circuit d’aide devient une partie intégrante du convertisseur dont il agit sur le fonctionnement même. V. Les différents types de circuits d’aide à la Commutation Comme abordé ci-dessus, les circuits de protection des interrupteurs dépendent des paramètres de l’interrupteurs. 1. CIRCUITS D’AIDE A L’OUVERTURE A. Réseau d’aide R-C Montage Le circuit d’aide de type RC reste la plus simple des circuits d’aide à l’ouverture. C’est un CALC dissipatif. Circuit d’Aide à La Commutation Snubber 7 Figure 3:réseau d'aide à l'ouverture RC Fonctionnement Pour des formes d’ondes idéales, le CALC contrôle la croissance de la tension à l’ouverture du commutateur. Une grande partie du courant est transférée dans le condensateur C qui par suite se charge .L’énergie qu’il a stockée sera ensuite déchargée dans la résistance R qui dissipe cette énergie par de effet Joule. De ce fait la dissipation de l’interrupteur diminue considérablement. Le problème majeur à l’utilisation du CALC RC en contrôle de croissance de tension (dv/dt) seule reste qu’il dissipe de l’énergie tant à l’ouverture qu’à la fermeture. La formule (5.1) est une approximation de la puissance dissipée par ce CALC Dans la plupart des cas, le réseau RC est utilisé et dimensionné pour amortir le courant d’oscillations produit par les réactances parasites. Ce mode de fonctionnement combine le principe de circuit d’aide à la commutation et de circuit d’écrêtage Où : - Cp est la capacité parasite, en pratique capacité de sortie du commutateur - Lp est la valeur de l’inductance de fuite, souvent l’inductance de maille On attribue habituellement une valeur C de trois à quatre fois la capacité parasite Cp B. Réseau polarisé R-C-D Montage Les figures montrent le circuit d’aide polarisé RCD et son montage sur un hacheur série. 5.1 5.2 Circuit d’Aide à La Commutation Snubber 8 Figure 4:réseau d'aide à l'ouverture Fonctionnement Lors de l’ouverture du commutateur le courant de charge est dévié vers le condensateur C via la diode D qui court-circuite la résistance. Le condensateur se met donc directement en parallèle avec le commutateur en phase d’ouverture et se charge. Il contrôle de ce fait la croissance de la tension dans le commutateur. La dissipation de l’énergie dans ce CALC polarisé ne peut intervenir que lorsqu’il y a de nouveau mise en conduction de l’interrupteur. 2. CIRCUITS D’AIDE A LA FERMETURE A. uploads/Ingenierie_Lourd/ expose-sur-les-calcs.pdf