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Chap I Introduction Générale 1 Chap I Introduction Générale I. Définition de l’

Chap I Introduction Générale 1 Chap I Introduction Générale I. Définition de l’Electronique de Puissance /Utilités/ Applications L’Electronique de Puissance (EP) diffère de l’électronique d’amplification. C’est une électronique de conversion et de commutation travaillant en grandes puissances (quelques centaines d’ampères). Les composants de l’EP sont des interrupteurs électroniques (tout ou rien). On dit que l’EP est une électronique de réglage. On trouve son application dans le domaine domestique (Appareils électroménagers) et dans le domaine industriel (commandes des machines électriques et particulièrement les moteurs asynchrones, traction électrique : voiture, train électrique, etc….). II. Différents types de convertisseurs Chap I Introduction Générale 2 III. Définition des sources et des charges En E.P., la caractérisation des sources (générateurs) et des charges (récepteurs) est la partie la plus délicate car les commutations des interrupteurs auxquels sont reliés imposent des brusques variations aux courants et aux tensions. 1. Source/Charge de tension Les sources et les charges sont deux entités parfaitement réversibles (ex : battrie). On dit que c’est une source/charge de tension si la valeur de tension n’est pas influencée par la variation du courant qui la traverse. Dans ce cas, la variable d’état est la tension. L’élément de base est la capacité. Cette dernière amortit la variation brusque de la tension. 2. Source/Charge de courant On dit que c’est une source/charge de courant si la valeur du courant n’est pas influencée par la variation de la tension à ces bornes. Dans ce cas, la variable d’état est le courant. L’élément de base est l’inductance. Cette dernière amortit la variation brusque du courant. 3. Réversibilité des sources et des charges En insérant une inductance en série avec une source de tension, on obtient une source de courant. En insérant une capacité aux bornes d’une source de courant, on obtient une source de tension. Chap I Introduction Générale 3 4. Compatibilité / incompatibilité des sources et des charges Source Charge Conséquence Tension Tension Incompatibilité ; Surintensité Tension Courant Compatibilité Courant Tension Compatibilité Courant Courant Incompatibilité ; Surtension 5. Analyse de circuit de charge a) Charge résistive b) Charge inductive Aux bornes de l’inductance : dt di L vL = et R L = τ (Constante de temps) i) Avec diode de roue libre ii) Sans diode de roue libre VR = R IR t0 : fermeture de K ; t1 : ouverture de K. Le courant suit la tension. t0 : fermeture de K ; t1 : ouverture de K (surtension). Sans diode de roue libre, la rupture du courant est instantanée donc la variation du courant est très rapide. D’où création d’une surtension au niveau de l’inductance. Cette surtension endommage l’interrupteur par formation d’étincelle. t0 : fermeture de K ; t1 : ouverture de K. La diode de roue libre assure une conduction continue et une variation lente du courant à l’ouverture du circuit. La commutation de l’un interrupteur à l’ouverture est normale. Chap I Introduction Générale 4 c) Charge capacitive Aux bornes de la capacité : ∫ = ⇔ = dt dv C ic dt i C v c c c 1 et C R = τ (Constante de temps). i) Charge et décharge à travers une résistance i) Décharge sans résistance de dissipation IV. Pertes en puissance 1. Cas d’un interrupteur parfait Dans le cas d’un interrupteur parfait : • les pertes au blocage sont nulles car le courant de fuite est nul ; • les pertes en conduction sont nulles car la chute de tension est nulle ; • les pertes en commutation sont nulles car le passage d’une phase à une autre est instantané. 2. Cas d’un interrupteur réel • Les pertes en blocage sont déterminées par le produit du courant de fuite par la tension aux bornes de l’interrupteur au blocage. Pour réduire ces pertes, il faut réduire le courant de fuite. t0 : on commute K de la position ‘0’ à la position ‘1’ ; t1 : on commute K de la position ‘1’ à la position ‘0’ ; t2 : on commute K de la position ‘0’ à la position ‘2’ ; A travers une résistance, la variation de la tension aux bornes de la capacité est lente. L’interrupteur commute dans des conditions normales. t0 : on commute K de la position ‘0’ à la position ‘1’ ; t1 : on commute K de la position ‘1’ à la position ‘0’ ; t2 : on commute K de la position ‘0’ à la position ‘2’ (surintensité) ; Sans résistance de dissipation, la variation de la tension aux bornes de la capacité est très rapide, cela crée une surintensité à la fermeture qui détériore l’interrupteur. Chap I Introduction Générale 5 • Les pertes en conduction sont déterminées par le produit de la chute de tension par le courant de charge. Pour réduire ces pertes, il faut réduire la chute de tension ; • Les pertes en commutation dépendent essentiellement du composant électronique (ex : transistor, thyristor, tec…). Dans la plupart des cas, on néglige les pertes au blocage. Les pertes totales (Pertes), par période (T), sont calculées comme suit : • Connaissons les pertes en conduction (Pcon) et le temps de conduction (Tcon) • Connaissons les pertes en blocage (Pb) et le temps de blocage (Tb) • Connaissons les pertes en commutation (Pcom) Pertes = com b b con con P P T T P T T + + V. Les composants de l’électronique de puissance 1. Caractéristique idéale d’un interrupteur La caractéristique idéale d’un interrupteur permet de déterminer les composants électroniques formant cet interrupteur. Pour des raisons de rendement, la caractéristique d’un interrupteur doit se rapprocher le plus prêt de la caractéristique idéale (à pertes minimales). En d’autres termes, il faut que la caractéristique I = f(V) doit être proche des axes. Les interrupteurs électroniques peuvent être : • Unidirectionnel en courant et en tension ; • Unidirectionnel en courant et bidirectionnel en tension ; • Bidirectionnel en courant et bidirectionnel en tension ; • Bidirectionnel en courant et Unidirectionnel en tension ; Les composants électroniques principaux sont : 2. Etude des composants de l’électronique de puissance Chaque interrupteur passe par 04 phases : • 02 phases transitoires : ouverture et fermeture ; • 02 phases permanentes : blocage et conduction. Chap I Introduction Générale 6 Autre paramètre essentiel qui entre en jeu est la température : • Capacité thermique : température limite ; • Capacité de refroidissement : taille et la forme du radiateur. 2.1) La diode Une diode est caractérisée par : • IAV : Courant direct maximum (valeur moyenne) ; • IFP : Courant direct de crête répétitif ; • IFSM : Courant direct de crête maximum non répétitif ; • VRRM : Tension inverse maximum de crête répétitive. a) Commutation d’une diode à l’ouverture et à la fermeture i) Commutation d’une diode à la fermeture Dans la littérature, la plupart du temps, la commutation à la fermeture n’est pas prise en considération. Le temps (pas de charge stockée) et les pertes à la fermeture sont négligeables. ii) Commutation à l’ouverture Soit le schéma de principe suivant : Les phénomènes engendrés à l’ouverture sont comme suit : En fermant K, on applique une tension inverse aux bornes de la diode. Une partie de la charge stockée disparaît par recombinaison et reste une partie Qr qui est évacuée par le biais du courant inverse IRM. La pente 1       dt di est due par l’ensemble des inductances (inductance propre de la diode et l’inductance du circuit si elle existe) avec laquelle le courant diminue progressivement (jusqu’à t2) ; De t2 – t3, il y a variation brusque du courant d’où création d’une tension inverse maximale (-VRM) ; Phase d’ouverture • Temps de retard à l’ouverture ; • Vitesse de variation du courant (di/dt). Phase de fermeture • Temps d’établissement ; • Pointe de tension directe ; • Vitesse de variation du courant (di/dt) ; Phase de blocage • Tension inverse supportable ; • Courant de fuite. Phase de conduction • Courant maximal supportable ; • Chute de tension aux bornes. Chap I Introduction Générale 7 La pente 2       dt di est fonction de la constante de temps qui dépend de la capacité parasite et de la résistance du circuit de décharge de la capacité parasite ; tri est appelé temps de recouvrement inverse. Elle dépend essentiellement du nombre de jonction (capacité parasite). Chaque jonction stocke une quantité de charge (Qr est une partie de cette charge). A partir de cette valeur, on détermine la fréquence de fonctionnement (100ns < tri < quelques µs). 2.2) Le Transistor Bipolaire de Puissance (BJT : Bipolar Jonction Transistor en anglo-saxon) Le type de transistor qui travaille en commutation est le transistor du NPN. Dans le fonctionnement normal, les valeurs de VCEsat, ICsat, IBsat et VCE doivent être inférieures aux valeurs données par le constructeur (VCE0sat, IC0sat, IB0sat et VCEmax) pour : • Réduire la charge stockée ; • Réduire le temps d’évacuation. uploads/Management/ cours-d-x27-electronique-de-puissance-uef-3-1-tce.pdf