Électronique de Puissance Mardi 18 décembre 2012 EXAMEN 2

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1 Élecronique de Puissance Mardi 18 décembre 2012 EXAMEN 2 ocumen auorisé : 1 feuille reco verso écrie à la main urée : 1h50 Exercice 1 : Circui de commande d un ransisor de puissance (25 ps) a) Éa des ransisors BS250, IRF9113, BUF410A e IRF1Z3 lorsque le ransisor du circui inégré (PWM) es amorcé. e ransisor BS250 es un Mosfe du ype Canal P : Il es amorcé puisque sa ension VGS aein 17V. e ransisor IRF9113 es aussi un Mosfe de canal P. Il rese bloqué car le ransisor BS250 impose sa ension VGS a une valeur proche de zéro. e ransisor IRF1Z3 es aussi un Mosfe de canal N. Il s amorce car le ransisor BS250 impose sa ension VGS a une valeur proche de 17V. e ransisor BUF410A es du ype NPN. Il rese bloqué puisque on exrai de sa base un couran négaif. b) Rôle de la diode BYW100 : Esimez (approximaivemen) le couran maximal qui pourrai la raverser, dans ce circui, ainsi que sa ension V RRM minimale. Cee diode es associée à la diode d ani-sauraion BY Elle perme d ajuser la chue de ension sur le circui de base pour régler la ension VCEsa avec la diode d anisauraion. e couran dans la diode BYW100 es limié par la résisance de 18 ohms. On peu esimer sa valeur maximale en supposan que la ension V S du ransisor IRF9113 es égale à 0.5V lorsqu il es amorcé e que la ension VBE du ransisor de puissance es aussi de 0.5 V. On peu aussi fixer la ension V AK de la diode à 0.6V. 12 VS VBE VAK I = = 0.58 A R 18 Cee diode doi bloquer une ension faible du même ordre de grandeur que l alimenaion du circui de commande (12V). Si les ransisors IRF9113 e IFR1Z3 foncionnen correcemen, de manière complémenaire, cee diode n es pas polarisée avec une ension négaive (sauf au momen des commuaions). c) Rôle de la diode BY : Esimez (approximaivemen) le couran maximal qui pourrai la raverser dans ce circui ainsi que sa ension V RRM minimale. ans le circui de base, c es la diode d ani-sauraion. Elle perme de régler la ension VCEsa en ajusan le couran de base pour évier une sauraion imporane du ransisor. Cela perme d augmener sa viesse de commuaion. Elle doi supporer la ension du circui de puissance : V RRM > 300V. Son couran ne peu pas excéder celui de la diode BYW100 : 0.58 A d) ension que doi supporer le condensaeur de 680 pf?

2 Elle correspond à la ension du circui de puissance : 300 V e) Couran maximal qui va raverser le condensaeur de 680 pf lorsqu on amorce le ransisor BUF410A? Ce couran es limié par la résisance de 560 ohms. Si on néglige la ension VCE lorsque le ransisor BUF 410A es amorcé, on obien : 300 Imax = = 0.53A 560 f) a durée minimale de conducion du ransisor BUF410A? (Jusifier vore réponse) Il fau assurer une décharge complèe du condensaeur de 680 pf qui ser de circui snubber. On considère généralemen que la décharge es complèe au bou de 3 fois la consane de emps : RC ms 12 min > 3 = = 1.1 g) Puissance minimale de la résisance de 560 ohms si la fréquence de modulaion es de 15kHz. a résisance doi dissiper oue l énergie sockée par le condensaeur, à chaque période de modulaion : 1 = = = 30.6 µ E CV J P= E f = 0.46 W Exercice 2 : Quesions de cours 1) Schéma d un onduleur monophasé à ransisors IGB (parie puissance seulemen). 2) eux méhodes d isolaion pour la commande d un ransisor Par exemple les fibres opiques e les opo-coupleurs. On pouvai cier aussi les ransformaeurs d impulsion

3 3) Schéma d un circui PFC e expliquer sa foncion Il ser à faire un redresseur monophasé à absorpion sinusoidale. Il perme d augmener conrôler la forme du couran d enrée e son déphasage par rappor à la ension. Cela perme d augmener le faceur de puissance par rappor au redresseur classique à diodes en réduisan le conenu harmonique du couran d enrée. 4) Expliquer l inérê d un redressemen synchrone ans les redresseurs basse ension, il es possible d uiliser des mosfes à la place des diodes pour diminuer les peres par conducion e augmener leur rendemen. En effe la chue de ension dans les mosfes basse ension es généralemen plus faible que celle des diodes. En le placan en parallèle sur les diodes, on peu les amorcer e les laisser conduire en sens inverse pour réduire les peres par conducion. Cee echnique nécessie une méhode de commande pariculière pour évier les risques de cour-circui. Exercice 3 : imensionnemen d un hacheur dévoleur On souhaie réaliser le dimensionnemen d un hacheur dévoleur pour le cahier des charges suivan : a ension d enrée E = 50 V, la ension de sorie Vch = 15 V e le couran de charge Ich = 2A. 1) Schéma du circui de puissance d un hacheur dévoleur V V ch E V C R 2) Valeur minimale de l inducance pour obenir un foncionnemen en conducion criique si on fixe la fréquence de modulaion à 40 khz a valeur moyenne du couran de sorie es de 2A. Comme on es en conducion criique, on a : I I = 2 I = 4A On dédui le rappor cyclique de l expression suivane:

4 Vch =R E e 15 R= = On dédui l inducance de l expression suivane: E E I =R ( 1 R) R ( 1 R) = 66 mh F I F 3) Valeur minimale du condensaeur pour limier l ondulaion de ension aux bornes de la charge à 0.5 V. I I VC = Vch C = 12.5 mf 8. F. C 8. F. Vch 4) éerminer les caracérisiques des composans de puissance (ransisors e diodes); V CEmax, V RRM, I rms, I max, I rms, I moy. V CEmax = E = 50 V VRRM = E =50 V I = I = A I = R I m = 1.095A max max 4 rms oy ( ) m I = 1 R I = 1.4A Irms = 1 R Imoy = 1.67A moy oy 5) Es-ce qu on peu faire une version isolée de cee alimenaion. ans l affirmaive, racer un schéma de cee alimenaion isolée. Oui, on peu faire une alimenaion isolée: cela s appelle un Forward. ifférens schémas son possibles suivan la méhode uilisée pour démagnéiser le ransformaeur. Par exemple, on peu uiliser un enroulemen de démagnéisaion. Exercice 4 : Analyse de circui On veu éudier le foncionnemen en régime permanen e en conducion coninue de l alimenaion à découpage de la figure 2. e ransisor es amorcé avec un signal de commande à fréquence consane f = 1/, avec un rappor cyclique =/. C I 1 I 2 Figure 2

5 1) Éude du foncionnemen. a) Séquence 1 : À = 0, on amorce le ransisor. e condensaeur es chargé avec Vc=V M. C Ic I 1 I I - I 2 V AK =-Vc <0 a diode es bloquée dvc I2 Ic = C I2 Vc() VM d = = C e condensaeur se décharge V = 0 V = V () c = 1 2 = 0 I I I I b) Passage de la séquence 1 à la séquence 2 : À =, on ouvre le ransisor. es sources de couran produisen des surensions qui enraînen l amorçage de la diode c) Séquence 2 : Ic I I 1 - I I 2 a diode es amorcée dvc I1 Ic = C I1 Vc() ( ) Vm d = = C e condensaeur se charge V = V () V = 0 c I = 0 I = I I 1 2

6 d) Passage de la séquence 2 à la séquence 1 : A =, on réamorce le ransisor. Cela provoque l appariion d un couran de cour-circui pour le condensaeur. Ce couran fai augmener rapidemen le couran dans le ransisor e fai diminuer rapidemen le couran dans la diode. orsque le couran dans la diode es nul, on peu l ouvrir pour calculer la ension à ses bornes. On rouve que V =-V m <0. Cela veu dire que la diode se bloque e que le ransisor condui seul. On rerouve la séquence iniiale. 2) racer au propre les formes d ondes sur deux périodes de foncionnemen pour les variables suivanes: I C, V C, I, V, I, V. Préciser clairemen les échelles sur vos graphiques; les insans pour lesquels on observe des ransiions e les ampliudes caracérisiques. Condensaeur ransisor iode -I2 I1 I c off I1I2 0 I off I1I2 0 I off V c V V 3) Caracérisique I 2 =f(i 1, ) de cee alimenaion, éan le rappor cyclique. Il suffi d écrire que le condensaeur ne peu pas accumuler de l énergie en régime permanen. Cela veu que la valeur du couran qui le raverse, doi êre nulle sur une période de foncionnemen. ( ) IC = 0 R I = 1 R I 1 R I2 = I1 R 2 1

7 4) Schéma de ce monage avec une source de ension e une charge résisive, en rajouan les élémens nécessaires. C R

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