-500 V. Figure 1 Figure 2

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1 DIODE EN COMMUAION : CALCUL D UN RADIAEUR On considère le montage de la figure qui utilise un redresseur de puissance de type BYX 66-6 (voir annexe) dans un régime de commutation. La tension e (t) qui attaque le montage est un créneau de tension. La tension V F (t) relevée aux bornes de la diode est donnée en figure 2. Période = 2 ms Durée de l état passant t p = 4 µs Le courant maximal direct I F qui circule dans la diode est de 4 A et la tension maximale de blocage E blocage est égale à 5 V. VF (t) R L IF A VF diode passante t e(t) BYX 66-6 VF (t) K -5 V tp =4 µs = 2 ms diode bloquée Figure Figure 2. Déterminer la fréquence f du signal V F (t) ainsi que son rapport cyclique δ qui sera utilisé par la suite. Donner les principales caractéristiques thermiques de la diode BYX 66-6 compte tenu de la documentation donnée en annexe. 2. Lorsque le redresseur se trouve dans le sens passant, avec un courant I F (t), on linéarise sa caractéristique selon la méthode habituelle qui conduit à définir une f.c.e.m. E de,25 V et une résistance R de 2 mω. Dessiner le schéma de simulation de la diode et déterminer alors l expression de la tension V F (t). 3. En déduire l expression de la puissance moyenne P C dissipée par le redresseur. Montrer alors que la détermination de cette puissance conduit à calculer les courants : moyen I et efficace I eff. Donner la valeur numérique de P C. 4. Retrouver graphiquement à l aide de figure 4 de la documentation, la valeur de la puissance P C à partir du courant moyen I pour le rapport cyclique δ déterminé précédemment. Lorsque la diode passe de l état passant à l état bloqué, son courant ne s annule pas instantanément. Ce phénomène conduit à la notion de "charge recouvrée" Q R et à une puissance dissipée P com qui s ajoute à la précédente P C et telle que : Pcom = QREblocage f. Philippe ROUX 26

2 f représente la fréquence de fonctionnement E blocage, est la tension inverse maximale de blocage. La charge recouvrée Q R est une fonction du courant I F, de son évolution temporelle di F /dt, et de la température de la jonction j du redresseur. Les figures 3 et 4 de la documentation en annexe représentent l évolution de cette charge Q R (en µc) pour j de 25 C et 5 C a) Sachant que le blocage de la diode s effectue avec une évolution di F /dt de A/µs avec I F de 4 A, donner la valeur de la charge recouvrée Q R pour les deux températures précédentes. b) On veut limiter la température j du redresseur à C. Déterminer alors la valeur correspondante de la charge Q R en supposant qu elle évolue linéairement avec la température. 6. Déterminer la puissance totale P tot dissipée dans le redresseur. 7. Donner le schéma thermique du redresseur et en déduire la valeur de la résistance thermique R th (r) du radiateur qu il faut associer au composant afin de limiter sa température de jonction à C avec une température ambiante a de 3 C. 8. On utilise le redresseur avec le radiateur calculé précédemment. On fait maintenant varier la fréquence f du signal d excitation sans modifier le rapport cyclique. Donner l expression de la variation de la température de jonction j en fonction de f. Déterminer la fréquence maximale f max afin de ne pas dépasser la température maximale de jonction donnée par le constructeur. ANNEXE

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4 4 CORRECION. Fréquence f = 5 Hz, rapport cyclique : δ =,2. jmax = 5 C, R th (jonction-case) = 2,5 C/W. 2. Schéma de simulation de la diode : IF (t) E 3. Expression de la puissance moyenne : P R VF (t) V () t = R I () t + E F F = V () t I () t dt C F F PC = ( RI F( t) + E) IF( tdt ) -> PC = ( RI F( t) + E) IF( tdt ) p P t RI 2 t p EI 2 C = F + F -> PC = δrif + δeif Sachant que : δi 2 F = 32 A et δi F = 8 A, il vient : P C = 3,84 W. 4. La figure 4 indique une puissance moyenne de 4 W. 5. a. = 25 C -> Q R = µc = 5 C -> Q R2 = 2 µc b. Pour une variation linéaire de Q R, à = C on aura : Q R = 6 µc. c. Puissance totale P tot dissipée dans le redresseur. La puissance P com due à la charge recouvrée est telle que : P com = 4 W. La puissance totale à évacuer est donc P tot = 7,84 W. 6. Schéma thermique du redresseur. 44,6 C Rth (j-c) (r) Rth (r) 2,5 C/W 7,84 W j C case a 3 C Chute de température aux bornes du radiateur : (r) = 25,4 C. Résistance thermique du radiateur : R th (r) =,42 C/W.

5 7. Expression de la puissance totale : Ptot = PC + QR Ebloc f 5 La température maximale j max de la jonction doit être de 5 C où Q R = 2 µc. Avec le radiateur calculé, on doit avoir selon le schéma thermique : j(max) = Ptot Rth + a. Soit : j(max) a = PC + Ebloc fmaxqr R On en déduit alors la fréquence maximale de fonctionnement : f max =,7 khz. th