Transcript Ch13 Le hacheur série ( le hacheur dévolteur )

Ch12
1.
Le hacheur série ( le hacheur dévolteur )
Un interrupteur électronique : le transistor
1.1 Symbole, convention et relations
Deux types de transistors :
C
B
C
B
E
E
Transistor NPN
Transistor PNP
La flèche indique le sens du courant passant de la jonction « émetteur-base ».
IC C
IC C
B IB
UCE
B
IB
UCE
UBE
IE
UBE
IE
E
E
Transistor NPN
Transistor PNP
Toutes les grandeurs sont :
- positives pour le transistor NPN;
- négatives pour le transistor PNP.
Loi des nœuds : IE = IB + IC.
Le courant IC est proportionnel au courant IB : IC = βIB
β est le coefficient ( ici un nombre sans unité )d’amplification en courant.
IE = IB + IC = IB + βIB = ( 1 + β )IB.
1.2 Fonctionnement en commutation
On va considérer que lorsque le transistor est conducteur ( IB ≠ 0 ), la tension UCE est
nulle.
Ici le transistor ne peut être que bloqué ( IC = 0 ) ou saturé ( UCE = 0 et IC ≠ 0 ).
État bloqué : IB = 0 donc IC = 0 et IE = 0; UCE ≠ 0.
Le transistor est considéré comme un interrupteur ouvert.
E
C
ICsat
État saturé : UCE = 0 et | IB | ≥ | IBsat | = |
|.
β
●
E
●
C
Le transistor est comme un interrupteur fermé.
Le courant IB dans la base commande la fermeture ou l’ouverture du transistor.
1.3 Fonctionnement avec une charge inductive. Diode de roue libre.
i
L
R
iB
iC
iE
DRL
iD
E
Loi des nœuds : i = iC + iD
Ldi
uL : tension aux bornes de la bobine. uL =
dt
Si on annule brutalement le courant i, on a di ≠ 0
Existence d’une surtension
aux bornes du transistor pouvant le détruire. On place alors en parallèle une diode dite
« diode de roue libre » pour éviter cette surtension.
Pour un transistor saturé en régime établi :
iC = i et iD = .
Si transistor bloqué : iC = et iD =
Selon la valeur de L, le courant progressivement s’annuler ou demeurer sensiblement
constant.
2. Définition et symbole du hacheur
Un hacheur est un convertisseur « continu-continu ».
A l’entrée du hacheur, on a une tension d’alimentation constante, par exemple E.
Aux bornes de la charge alimentée par un hacheur, on a une tension unidirectionnelle de
valeur moyenne réglable.
Symbole :
3. Principe du hacheur
3.1 Cas d’une charge résistive
is
E
H
uH
i
R
u
Source de tension continue fixe : E > 0.
Loi des mailles : E = u + uH
Loi d’Ohm : u = Ri La tension u est une tension aux bornes de la charge de valeur
moyenne réglable.
3.2 Rapport cyclique, fonctionnement du hacheur et valeur moyenne de la tension u
L’interrupteur H s’ouvre et se ferme périodiquement avec une fréquence f.
tf : durée de fermeture de H.
to : durée d’ouverture de H.
1
to + tf = T ( T période de fonctionnement du hacheur ) T =
tf
f
On pose : α =
; α est le rapport cyclique : 0 ≤ α ≤ 1
T
u
On a : tf = α T ; to = T - α T
E
0
t
uH
αT
T
0
αT
T
t
● 0 ≤ t ≤ αT : H fermé ; uH = 0
u = E = Ri
E
i = is = R
● αT ≤ t ≤ T : H ouvert is = i = 0 ; u = Ri = 0 et uH = E.
Calcul de la valeur moyenne de u : <u> =
<u> en fonction de α
<u>
E
0
1
Le hacheur série apparaît comme un abaisseur de tension
α
hacheur dévolteur.
Pour une charge résistive R, le courant i est unidirectionnel et interrompu : i ≥ 0
u
i =
R
4. Etude du hacheur série sur une charge inductive ( R,L E )
4.1 Fonctionnement à courant i constant
La bobine L lisse le courant et pour L de valeur suffisante, le courant i est constant.
is
H
i
uL
iD
uR
E
u
uD
DRL
E'
is + iD = i et i = < i > = I = cte
● 0 < t < αt ; H fermé : uH = 0 ; uD = -E et
iD = 0.
R
Loi des mailles : u = E' + Ri + L di = E
dt
● αT ≤ t ≤ T ; H ouvert.
À l’ouverture de H, DRL devient conducteur : uD = 0
di
iD = i = I ; u = E' + Ri + L
= 0
dt
u
E
0
αT
T
uH
0
i
I
is
iD
αT
T
u = 0 et uH = E
t
t
Valeur de I :
< u > = α E et < u > = E' + RI + 0
α E = E' + RI
et I =
4.2 Ondulation de i
On travaille en régime établi.
u ( en V )
αT
0
T
t
i( en A )
Imax
Imin
H ouvert
H fermé
<i > =
Application : Moteur à courant continu ( Moteurs des rames de métro ) Ω ( rad/s ) =