LES HACHEURS (DC/DC)

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1 Chapir V s hachurs - ES HACHEUS (C/C) I- Inroducion : Ils puvn êr uilisés pour alimnr un récpur sous un nsion coninu variabl (machin à couran coninu), ou dsinés à fournir un nsion coninu consan pour srvir d alimnaion régulé (alimnaions à découpag, convrissurs PFC Powr Facor Conrol). éud porra sur ds convrissurs rlian dircmn un généraur à un récpur (nsion couran son coninus) : s hachurs sron donc composés xclusivmn d inrrupurs smi-conducurs, Pour rspcr ls règls d inrconnxion nr l généraur l récpur, il faudra, à chaqu changmn d éa d un inrrupur, qu la sourc d couran n soi jamais n circui ouvr (sauf si i = A) qu l généraur d nsion n soi jamais cour-circuié. II- Hachur Séri : Il s applé aussi abaissur d nsion, dévolur, Buck convrr, Sp down convrr. C hachur command l débi d un généraur d nsion, dans un récpur d couran, ou dux unidircionnls n nsion n couran. Sourc d nsion. Ell impos. I Ell "subi" I. Sourc d couran. Ell impos. Ell "subi". Figur IV. 1 : Symbol d un sourc d nsion d un sourc d couran, unidircionnlls n nsion n couran. Configuraion d bas i i "Phas 1" i i i "Phas " i "Phas 3" i Figur IV. : Schéma d princip du hachur séri ss 3 phass d foncionnmn. inrrupur "" a un foncion d "ransisor" ( sgmns). Pour c prmièr éud, nous considérons la sourc d couran parfai, = consan. 1 èr Phas : Si s "ON" alors s polarisé n invrs, v S () = () =. a duré, ON, d c phas s noé (n pas confondr avc l du pon ou hyrisor). Ici s applé rappor cycliqu. i Fai sous inux OpnOffic/SarOffic pag 1/1

2 Chapir V s hachurs - ièm Phas : Si s "OFF" alors s "ON". Ell s parcouru par. C phas s applé phas d rou libr a un duré d ( - ), v S () = () = A. {3 ièm Phas : "OFF", c phas n apparaî qu si l couran s annul} rappor cycliqu s compris nr 1 (n héori). v S ( IS moy = V ( I moy = a nsion d sori s obligaoirmn infériur à, d où l nom d abaissur. Son réglag s réalisé par. Figur IV. 3 : Form d ond dans l cas où la sourc d couran s parfai. Modélisaion du récpur Pour c rapprochr d cas concrs (ondulaion du couran d sori), l récpur pu êr modélisé par un inducanc n séri avc un circui C parallèl ou un fm (charg E). ans ls dux cas, l inducanc n séri assur qu la charg s un sourc d couran. v () Figur IV. 4 : Sourcs d sori du hachur. marqu : dans la majorié ds cas, un condnsaur s placé à l nré du hachur assuran ainsi un nsion quasi-coninu. ans la sui, nous gardrons donc l mêm généraur qu clui d la Figur IV. 1 n considéran qu il fourni un nsion consan. Conducion coninu : Charg E i I = = C E v i E Figur IV. 5 : Hachur séri charg E. Hypohès : égim éabli, smi-conducurs parfais. Fai sous inux OpnOffic/SarOffic pag /1

3 Chapir V s hachurs - Calcul d valurs moynns : v() V moy = () I Smoy V E V E Figur IV. 6 : Form d ond du Hachur séri sur Charg E n mod coninu. Foncionnmn : 1 èr phas : "ON"; "OFF"; ; d is ( = ON /) V is E d a résoluion d c équaion s obnu à l aid du héorèm fondamnal ou n appliquan : i S() IFinal IIniial IFinal avc ans l mod d conducion coninu : ( = ) = I Iniial = min (> A) En adman qu soi oujours frmé, () aindrai un valur maximal défini par : I Final = ( E)/ V E V E i S() IS min Nous pouvons xprimr la valur maximal qu ain l couran pour = : V E V E IS max is IS min nd phas : "OFF"; "ON"; ; d is is E d avc I Iniial = max I Final = E/ ' ' E E i S( ) IS max E E i S( ) ISmax Nous pouvons xprimr la valur minimal qu ain l couran pour = : 1 E E IS min is ISmax Nous pouvons mainnan n déduir l ondulaion d couran I S : Fai sous inux OpnOffic/SarOffic pag 3/1

4 Chapir V s hachurs - V I I I i S S max Smin S Hypohès : pour simplifir ls calculs, nous pouvons approximr ls morcaux d xponnill par ds sgmns d droi. Cla rvin à dir qu >>. a nouvll xprssion pour l ondulaion d couran dvin : 1 V IS IS max IS min f ors du P, vous avz pu voir l influnc ds rms d l équaion précédn sur I S. ondulaion s maximal pour =,5, ll diminu quand ou f augmn ll s indépndan d (an qu l mod d conducion s coninu). () Figur IV. 7 : Ondulaion du couran n supposan qu >>. Conducion disconinu : Charg E régim corrspond à l annulaion du couran sur la périod d foncionnmn. couran ain A lors d la phas d rou libr, il xis alors ls 3 phass d foncionnmn. Pour l éud, nous considérons négligabl (l couran s formé d sgmns d drois). v() () E + Figur IV. 8 : Form d ond du hachur séri sur charg E n mod disconinu. Calcul d valurs moynns : ' Vmoy V E 1 Vmoy E Vmoy V E ' V Fai sous inux OpnOffic/SarOffic pag 4/1

5 I I S max ' Smoy Foncionnmn : Chapir V s hachurs - 1 èr phas : "ON"; "OFF"; ; d is ( = ON /) v d v V v V E V E i S V E IS max is nd ' phas : "OFF"; "ON"; ; v v E E is IS max ' E ' is IS max E ' IS max 3 ièm phas : "OFF"; "OFF"; ' ; v E is marqu : dans c foncionnmn l ondulaion du couran s égal à I smax. Pour comparr l foncionnmn n mod coninu disconinu, il fau rprésnr la caracérisiqu V moy, nsion aux borns d la charg E, n foncion du couran moy, paraméré par. Calculons alors ISmoy : I Smoy IS max ' V E V E E V ISmoy V E E Vmoy E V 1 1 f I V Smoy Par rappor à la conducion coninu (formul ( IV. )), a nsion d sori n dépnd plus dircmn du rappor cycliqu, mais l couran moyn d sori inrvin. conrôl à faibl Fai sous inux OpnOffic/SarOffic pag 5/1

6 Chapir V s hachurs - charg s donc difficil. Caracérisiqus du Hachur Séri Grandurs d sori : Applicaion Numériqu : = 3 V, f = 5 Hz, = 5, = mh. (valurs numériqus du P). Figur IV. 9 : Grandurs d sori. égnd : rai coninu : moy = f(moy ) pour différn. rai disconinu : limi d conducion coninu/disconinu. s hyprbols rprésnn l régim disconinu, ls drois horizonals l régim coninu. Procédés d réglag : a nsion moynn d sori du hachur vari n foncion du rappor cycliqu = ON / ( ON : duré d conducion du ransisor). Il xis donc dux procédés d réglag : ON = c, variabl, = c, ON variabl, avanag d la prmièr soluion s d obnir un nsion moynn d sori rès faibl si s grand (= f dc faibl). avanag d la scond s d ravaillr à f dc élvé pour diminur l ondulaion d couran. Pour l alimnaion d un machin à couran coninu, il fau lors du démarrag un nsion d indui rès faibl (E = V quand N = r/mn) pour évir ls poins d couran. hachur s alors commandé slon la 1 èr méhod, puis diminu jusqu à obnir l rappor cycliqu minimal. és c insan, l réglag à ON variabl, prm l alimnaion du mour sous un nsion coninu variabl (Figur IV. 1). Fai sous inux OpnOffic/SarOffic pag 6/1

7 Chapir V s hachurs - ON 1 1 => émarrag ON1 ON ON3 ON4 ON1 ON ON3 ON4 Figur IV. 1 : Exmpl d procédur d démarrag pour un MCC. Hachur Quar Quadrans Présnaion convrissur saiqu rchrché doi prmr un révrsibilié oal n nsion n couran du récpur (sourc d couran) c qunraîn qu l généraur d nsion soi révrsibl. Généraur : sourc d nsion unidircionnll écpur : sourc d couran bidircionnll. ux configuraions son possibls : -dans ls cas, la sourc d nsion s parcouru par un couran bidircionnl. -suivan l cas, la sourc d nsion impos + ou à la sourc d couran. Figur IV. 11 : Naur disposiion ds sourcs d nré d sori pour l hachur 4 quadrans. s schémas d la figur précédn, nous consaons qu avc ls dux manièrs d inrconncr ls sourcs, nous avons bsoin d un sourc d nsion révrsibl n couran pour assurr la révrsibilié oal d la sourc d couran. Nous déduisons alors qu un srucur n pon prm d réalisr un hachur 4 quadrans. 1 I I 4 3 Fai sous inux OpnOffic/SarOffic pag 7/1

8 Chapir V s hachurs - Figur IV. 1 : Sourcs srucur du hachurs 4 quadrans. Foncionnmn : a command ds inrrupurs 1 ( 3 4 ) doi êr complémnair pour évir d courcircuir la sourc d nsion d laissr n circui ouvr la sourc d couran : ux foncionnmns son possibls : : c s la command simulané ou symériqu. a nsion d la sourc d couran pu êr égal à + ou : c s la command décalé. a nsion d la sourc d couran pu êr égal à +, ou V. Il n nous rs plus qu à définir la naur ds inrrupurs ( i ) pour conclur sur la présnaion d c convrissur. Il s ou d abord évidn qu cs inrrupurs doivn êr bidircionnls n couran. Si 1 s frmé, l couran pu êr posiif ou négaif. ans cs condiions, V 1 s nul V s égal à +. Mainnan si 1 s "ON" (donc "OFF"), nous avons V 1 = + V = V. s inrrupurs on donc bsoin d êr unidircionnls n nsion. Comm cs inrrupurs puvn êr commandés qulqu soi l couran qui ls ravrs, ils son forcémn nièrmn commandabls. Un l inrrupur s n fai, l associaion d dux smi-conducurs comm l monr la Figur IV. 13. i v i k amorçag blocag v k rai coninu : ransisor rai poinillé : iod Figur IV. 13 : Naur ds inrrupurs d un hachur 4 quadrans. Forms d ond, command simulané En supposan un charg E ( s négligé), nous avons rprésné sur la Figur IV. 14, ous ls cas d la command plin ond (moy > ou < V, () > ou < A). Fai sous inux OpnOffic/SarOffic pag 8/1

9 Chapir V s hachurs - v S () _moy > V v S () _moy < V () > A () () () > A () () () <A () > ou < A () () () / 1/ /4 /4 () > ou () <A < A () () 1/3 1/3 /4 /4 () () () Figur IV. 14 : Command simulané du hachur 4 quadrans. Exprssion d v S () : Fai sous inux OpnOffic/SarOffic pag 9/1

10 Chapir V s hachurs - V V 1 V Smoy Smoy V V 1 S vs E d i Smoy moy d V V E E V 1 S vs V 1 d i d Exprssion d () : 1 èr phas : 1, 3 "ON";, 4 "OFF"; ; S : v S () = d i V V 1 V 1 d () croî linéairmn n paran d un valur non null min. V is IS min 1 nd phas : "OFF"; "ON"; ; d is : v S () = V V 1 V d () décroî linéairmn n paran pour = / d max. V is ISmax Ondulaion d couran : 1 V IS IS max ISmin f ondulaion s doublé par rappor au hachur séri. doi donc êr doublé pour gardr la mêm ondulaion d couran. Cll-cs oujours maximal pour =1/. Inérê : - Passr d manièr coninu avc, d un nsion Vsmoy posiiv à V smoy négaiv, ou n gardan I supériur à zéro (pour un machin à couran coninu : gardr l coupl consan). - énrgi pu ransir d l nré vrs la sori invrsmn (foncionnmn révrsibl). - Si l récpur s un machin à couran coninu, l hachur 4 quadrans prm l foncionnmn avc sns d roaion la possibilié d foncionnr n racion ou n frinag : nombruss applicaions n roboiqu (grand dynamiqu xigé), mais aussi dans l domain d la racion frroviair n couran coninu (15 V 3 V). Fai sous inux OpnOffic/SarOffic pag 1/1