Les composants électroniques de commutation

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1 es omposans éleroniques de ommuaion Chapire V es Ciruis d'aide à a Commuaion (CAC) Sommaire 1 ROE COMMUTATION SUR UNE CHARGE SEFIQUE ESTIMATION ES PERTES Peres quand l'inerrupeur es bloqué ou passan Peres en ommuaion CIRCUITS 'AIE A A COMMUTATION COMMUTATION A A FERMETURE COMMUTATION A 'OUVERTURE SCHEMA FINA ET BIAN... 55

2 Chapire V : es iruis d'aide à la ommuaion es omposans éleroniques de ommuaion 1 Rôle Chapire V es Ciruis d'aide à a Commuaion (CAC) Nous avons vu dans les hapires préédens que eraines formes d'ondes pouvaien présener des pis (ouran ou ension). Ce phénomène apparaî lorsque les fréquenes de ommuaion meen en évidene les résonanes naurelles mais surou lorsque la harge es induive. Ces pis malraien oujours dangereusemen les inerrupeurs e à moins de les surdimensionner on risque à ou momen la desruion. Uiliser des omposans au 1/100 de ses apaiés (par exemple), n'es pas forémen judiieux (rendemen, peres, enombremen prix, ). On uilise alors des Ciruis d'aide à a Commuaion (CAC) pour limier les di/d ou les dv/d. 2 Commuaion sur une harge selfique Considérons le shéma élémenaire suivan : V Ave :, la harge,, la diode de roue libre,, le ouran dans la harge (onsan),, le ouran dans la diode,, le ouran dans l'inerrupeur,, la ension aux bornes de l'inerrupeur. Figure 1 : Shéma de base de la ommuaion sur une induane 'allure des ouran e ension son alors les suivans : Cours de ommuaion version du28/10/04 à 07:10 idier Magnon Page 50

3 Chapire V : es iruis d'aide à la ommuaion V CC I Ch on off Figure 2 : Allures des ourans e ension a puissane qui en déoule, si on linéarise les penes es : P T V CC on off Figure 3 : Puissane dissipée par l'inerrupeur (P T = ) Si on représene les variaions = f( ) de l'inerrupeur sur un graphe on a : Ouverure Fermeure Figure 4 : Variaions = f( ) lors des ommuaions Cours de ommuaion version du28/10/04 à 07:10 idier Magnon Page 51

4 Chapire V : es iruis d'aide à la ommuaion Or, une ommuaion sans pere à l'ouverure ou à la fermeure présene une évoluion de son poin de fonionnemen le long des axes (du ouran sans ension e inversemen). C'es e que l'on herhe à faire ave les CAC. 2.1 ESTIMATION ES PERTES Peres quand l'inerrupeur es bloqué ou passan Soi P 0 les peres pendan les éas sables. ave : P 0 = V I r + V sa V sa la hue de ension lorsque le ransisor es sauré, ( 0V), le ouran onsommé par la harge, I r le ouran au repos ( 0A). Par onséquen, les peres P 0 son négligeables si le irui es bien éudié. e omposan peu prendre à son ompe la dissipaion de ee puissane Peres en ommuaion Soi P les peres dues aux ommuaions ON e OFF. Si on onsidère que les riangles de la figure 3 son isoèles on obien : onvi h offvi h P = + (don P = onsane) 2 2 Généralemen quand on onsidère qu'un monage fonionne en ommuaion, 'es qu'il es soumis à un signal d'enrée périodique. Par onséquen, on s'inéresse à la puissane moyenne sur une période. P T P = = FP on les peres moyenne en ommuaion son proporionnelle à la fréquene du signal d'enrée. a fréquene peu êre limiée par les emps de ommuaion, mais un inerrupeur rapide peu aussi voir sa fréquene d'uilisaion resreine pour de fores voire moyennes puissanes à ause des peres par ommuaion. Il fau don rouver des soluions qui permeen de minimiser voire de s'affranhir de l'influene de es peres. 3 Ciruis d'aide à la ommuaion 3.1 COMMUTATION A A FERMETURE Nous avons vu que les allures idéalisées des ouran e ension à la ommuaion à la fermeure e que le graphe de =f( ), son : Cours de ommuaion version du28/10/04 à 07:10 idier Magnon Page 52

5 Chapire V : es iruis d'aide à la ommuaion Fermeure Figure 5 : Allures idéalisées des ouran e ension à la fermeure e graphe =f( ) Pour réduire l'aire du produi, nous devons soi faire huer la ension avan la monée du ouran soi ralenir la monée du ouran jusqu'à e que la ension soi nulle ou négligeable. a ombinaison des soluions es réalisable rès simplemen à l'aide d'une self. es allures des ourbes deviennen : Fermeure Figure 6 : Allures des ouran e ension à la fermeure e graphe =f( ) ave une self e shéma éleronique devien : V e CAC à la fermeure es onsiué de : l, l'induane, l 1 1, une diode de roue libre, a R 1 b R 1, une résisane pour limier le ouran. Figure 7 : Shémas éleroniques équivalens; a) ajou d'une self, b) irue relaxaion Cours de ommuaion version du28/10/04 à 07:10 idier Magnon Page 53

6 Chapire V : es iruis d'aide à la ommuaion Malheureusemen ee soluion nous replae dans la soluion d'origine, il fau don lui adjoindre égalemen une diode de roue libre à laquelle on peu ajouer une résisane pour aénuer le ouran ar ii, nous n'avons pas besoin d'un ouran onsan dans la self. Remarque : Pourquoi ajouer une self en série à une aure self, la self représene la parie induive oale de la harge, on ne la maîrise pas, généralemen on souhaie que le ouran dans la harge soi onsan. Par onséquen, si la harge possède une omposane selfique qui perme de limier la monée en ouran de façon suffisane pour limier les peres, alors laisse le irui el quel. Malheureusemen, ee opporunié se renonre rès raremen e l'on doi ajouer une self don la valeur es ee fois-i alulée. 3.2 COMMUTATION A 'OUVERTURE Nous avons vu que les allures idéalisées des ouran e ension à la ommuaion à l'ouverure e que le graphe de =f( ), son : Ouverure Figure 8 : Allures idéalisées des ouran e ension à l'ouverure e graphe =f( ) Pour réduire l'aire du produi, Nous devons soi faire huer le ouran avan la monée de la ension, soi ralenir la monée de la ension jusqu'à e que le ouran soi nul ou négligeable. a ombinaison des deux soluions es réalisable rès simplemen à l'aide d'un ondensaeur. es allures des ourbes deviennen : Ouverure Figure 9 : Allures des ouran e ension à l'ouverure e graphe =f( ) ave une apaié Cours de ommuaion version du28/10/04 à 07:10 idier Magnon Page 54

7 Chapire V : es iruis d'aide à la ommuaion e shéma éleronique devien : V e CAC à l'ouverure es onsiué de : b, la apaié, R 2, une résisane pour limier le ouran, R 2 a 2 2, une diode de roue libre, Remarque : Il exise d'aures ombinaisons de omposans pour e ype de CAC, f. T. Figure 10 : Shémas éleroniques équivalens; a) ajou d'une apaié, b) irue délesage Malheureusemen ee soluion mainien une ension aux bornes de l'inerrupeur lors de la ommuaion à la fermeure. Pour évier ei, nous pouvons réduire la valeur de la résisane, mais ela rédui l'effiaié du CAC lors de la ommuaion à l'ouverure. Par onséquen, il fau que la résisane soi effiae dans un sens e ignorée dans l'aure. Une diode perme e genre d'aiguillage (Figure 10 b). 3.3 SCHEMA FINA ET BIAN e shéma final es alors : V l 1 R 1 Ce ype de CAC onvien pour ous les inerrupeurs (MOS, bipolaire, Trias, SCR, IGBT,GTO, ). Ils son indispensables pour les harges induives e foremen onseillés pour les harges résisives. R 2 2 Figure 11 : a harge, son inerrupeur e les CAC à la fermeure e à l'ouverure. Cours de ommuaion version du28/10/04 à 07:10 idier Magnon Page 55

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