Telechargé par ahmed larbaoui

CHAPITRE3

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Chapitre 3
Réalisation pratique de l’onduleur monophasé en pont complet.
Chapitre 3
Réalisation
Pratique
de
l’Onduleur
Monophasé en Pont Complet
3.1 Introduction
L’essor de notre réalisation pratique est basé sur une connaissance théorique préalable qui permet
de composer les différents circuits à partir d’une expérimentation de test. D’après les deux chapitres
précédents on a pu avoir une idée sur le principe de fonctionnement de l’onduleur monophasé en
pont complet.
Dans ce dernier chapitre, on va observer les différentes étapes de différentes parties de l’onduleur
avec du multiple essais.
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Chapitre 3
Réalisation pratique de l’onduleur monophasé en pont complet.
3.2 Transistor à Effet de Champ de Puissance « MOSFET »
3.2.1 Introduction
Le
transistor MOSFET (Metal-Oxyde Semi-conducteur Field Affect Transistor) est un élément
transconducteur, c’est à dire un composant actif destiné à fournir une variation de courant circulant
entre deux bornes Source (S) et Drain (D), à partir d’une faible variation de tension appliquée sur un
électrode de commande Grille(G) figure 3.1 ( a ).
D
D
MOS
MOS
G
G
D'
D'
D1
UDS
UDS
UGS
UGS
S
D2
S
(a)
(b)
figure 3.1.
( a ) schéma électrique du MOSFET ; ( b ) schéma de l’élimination du diode interne.
Ce transistors à effet de champ possède par construction une diode « D’ » en parallèle inverse mais
cette dernier, elle a un temps de recouvrement lent.
Notre utilisation de ce semi-conducteur nécessite un temps de recouvrement rapide, pour cela on
branche une diode rapide « D1 » en antiparallèle avec le transistor « MOS » (voir figure 3.1 (b) ) et
pour empêche la conduction de la diode lent intégrée « D’ » en branchant une diode rapide « D2 »
directe en série avec le transistor « MOS ».
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Chapitre 3
Réalisation pratique de l’onduleur monophasé en pont complet.
3.2.2 Critère de choix de l’élément Semi-conducteur
La figure 3.2 illustre la gamme des semi-conducteurs en fonction de la puissance et de la fréquence
d’utilisation elle, nous aide selon la puissance de notre convertisseur, et d’autres paramètres à
prendre en compte, à choisir le transistor MOSFET de puissance adéquat pour notre onduleur.
P (w)
GT
O
BJT
10e+7
IGB
T
10e+6
MOS
10e+4
o
f (Hz)
10e+3
10e+4
10e+5
figure 3.2 L’échelle des semi-conducteurs (interrupteurs).
3.2.3 Commande d’un transistor MOSFET
L’application
d’une tension UGS nulle ou négligeable entre la grille et la source provoque le
blocage du transistor MOSFET, par contre une tension UGS positive permet le passage au l’état de
saturation du transistor MOS voir figure 3.3.
ID
état de conduction
ID
10 v
UGS
U GS = O
U DS
O
10 v
O
(a)
(b)
figure 3.3 caractéristiques d’un transistor MOSFET.
( a ) caractéristique de sortie ; ( b ) caractéristique de commande.
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U GS
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3.2.4 Aire de sécurité d’un transistor MOSFET
L’aire de sécurité fixe les limites de la tenue courant tension pour le drain d’un transistor MOSFET
qui sont définies par la figure 3.4.
ID (log)
IDmax
ID
1
2
3
O
UDS (log)
Vs
figure 3.4 Aire de sécurité d’un transistor MOSFET.

1 : La limite du courant maximal ID.

2 : La limite de la puissance de dissipation maximale PMAX.

3 : La limite de la tension UDS maximale VS.
Le courant en trait intérrempue limite l’aire de sécurité pour un fonctionnement en régime
impulsionnel d’une durée de 1µs.
3.2.5 Phénomènes de commutation d’un transistor MOSFET
Les
temps d’enclenchement et de déclenchement du transistor MOS sont extrêmement courts
(quelque dizaines de ns).
La figure 3.5 (a) représente le montage d’un transistor MOS sur une charge résistive pour la
définition des temps de commutation , figure 3.5 (b) donnés par le constructeur.
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U
RD
U DS
D
RG
U GS
90%
Vaa
G
U DS
V dd
U GS
10%
S
o
t
Td(on)
Tr
Td(off)
T on
Tf
Toff
(b)
(a)
figure 3.5 Commutation d’un transistor MOSFET.
( a ) Circuit de test ; ( b ) Allures des tension UGS et UDS.
r

Td(on) : retard à l’enclenchement ou temps de réponse.

Tr : temps de croissance d’une impulsion.

Ton=Td(on) +Tr. : temps total d’établissement.

Td(off) :retard au déclenchement.

Tf :temps de décroissance d’une impulsion.

Toff=Td(off) +Tf. : temps total de coupure.
3.3 Circuits d’ Alimentations
3.3.1 Alimentation des circuits d’attaques
Le montage d’un circuit d’attaque doit être alimenté par une tension stable de +15 v, pour ceci, on a
choisi le circuit de la figure 3.6 .
Reg
T.R
ac
+15V
P.D
C
V
n
figure 3.6 L’alimentation du circuit d’attaque.
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C
Vdd
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3.3.2 L’alimentation de circuit de commande
L’utilisation des circuits intégré nécessitent une alimentation régulée et stabilisé (la famille TTL
exige une tension comprise entre 4.5 et 8v). la figure 3.7 montre le circuit qu’on va utiliser pour
avoir une tension de +5 v stabilisée.
Reg
T.R
ac
+5V
P.D
C
C
V
Vcc
n
figure 3.7 L’alimentation du circuit de commande.
Pour les deux circuits
:
T.R : transformateur abaisseur.
P.D : pont de Graetz.
Reg : régulateur de tension.
C : condensateur de filtrage.
Pour le choix des éléments d’alimentation voir annexe A.
3.4 Circuit d’Attaque
+Vaa
+Vdd
c
R'
R
D
T1
C DG
O.P
G
MO
S
C DS
Uc
C GS
T2
S
figure 3.8 Schéma de principe du circuit d’attaque d’un transistor MOSFET.
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Réalisation pratique de l’onduleur monophasé en pont complet.
La figure 3.8 représente le montage d’un circuit de commande pur un transistor MOS avec isolation
galvanique.
L’optocoupleur OP assure cette isolation entre la partie puissance et la partie commande, en cas de
défaillance au niveau du circuit puissance (court-circuit, surtension…), le circuit de commande ne
risque pas d’être endommagé.
Les deux transistors T1 (du type NPN) et son complémentaire T2 (du type PNP) sont utilisés comme
des interrupteurs de commande par l’optocoupleur pour la charge et la décharge de la capacité
d’entrée CGS du transistor MOS formant ainsi un pont de push-pull.
Le fonctionnement du circuit est le suivant :
Quand le signale logique C est égale à O, l’optocoupleur OP se bloque et le transistor T 1 conduit
ainsi que la capacité CGS se charge jusqu'à la tension +Vdd, puit le transistor MOS devient
conducteur. Lorsque le signale logique C sera égale à 1, l’optocoupleur s’amorce le transistor T2
conduit, au moment du blocage du transistor T1, la capacité d’entrée CGS se décharge rapidement
ainsi le transistor MOS se bloque.
D’après son principe de fonctionnement, on constate que l’optocoupleur inverse les signaux au
moment de leur transmission au pont de push-pull.
On peut citer quelques avantages de ce montage :

Circuit nettement plus simple.

Consommation pratiquement négligeable.

Organe d’alimentation avec une seul tension auxiliaire positive.
Pour le choix des éléments et les calcules voir annexe B.
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3.5 Circuit de Puissance
+ Vs
MOS1
MOS3
D'
D'
D
D
A
B
MOS2
MOS4
D'
D'
D
S 11
S 12
D
S 21
S 22
MODULATEUR EN LARGEUR D'IMPULSION
ET LES CIRCUITS D'ATTAQUES
figure 3.9 Schéma de principe du circuit de puissance du pont complet.
Il se compose d’une alimentation continue et de deux bras, chacun contient deux transistors
MOSFET et des diodes « D » pour bloquer les diodes interne des MOSFET ainsi que les diodes
« D’ » remplaçant celle qui sont propre au MOSFET
Pour le bon fonctionnement de ce montage, il faut assurer deux fonctions essentielles :

Eviter que les paires des transistors MOS dans le même bras qui fonctionnent en opposition,
conduisent en même temps, ce qui provoquerait un court-circuit de l’alimentation (Vs) et leurs
propres destructions.

Séparer galvanique ment le circuit de commande de celui de puissance.
Pour le choix des éléments voir annexe C.
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3.6 Circuit de Commande
La commande des bras de notre onduleur va être base sur la programmation d’une EPROM pour
avoir des résultats remarquables.
3.6.1 L’EPROM
L’EPROM est une composante active qui est base sur sa mémoire RAM, elle est destine à
emmagasine des informations prêts a servire un système .La taille d’une EPROM et ces adresse
ainsi que ces sortie, caractérise les EPROM.
On va utilise une EPROM « M27C64 », qui contient 64Kbit l’équivalent de 8Koct*8bit, pour notre
programme de M.L.I on va injecte dans 1Koct pour avoir à la sortie les deux signe aux comme
indique la figure 3.10.
S1
0
sortie de l'EPROM
S0
1
0
1
S1
0
0
1
S0
0
0
1
1Koct
( 1024bits )
1
0
1
0
0
les adresses de
l'EPROM
figure 3.10 Signal de M.L.I pendant une période.
Pour
le programme quand va utilise pour l’injecte le résultat dans l’EPROM, il est base sur la
génération des trois signaux, la triangulaire et les deux sinusoïdales ainsi la comparaison entre eux,
après cela il suffit de lire cette dernière à une fréquence adéquate
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Chapitre 3
Réalisation pratique de l’onduleur monophasé en pont complet.
L’organigramme suivant de la figure 3.11 éclair, cette programmation.
Début
Ftri = 50, Vtri = 1
Fsin p = 50Hz, Vsin p = 0.8
Fsin n = 50Hz, Vsin n = -0.8
N = 1Koctet
t=0
Générer les signaux de la triangulaire
et les deux rférences sinusoidales
Appliquer la comparaison entre les
réferences sinusoidales et la
triangulaire
Faire une concaténation des états
des interrupteurs S1 et S2
dans un fichier
t = 0.02 s
Enregistrer le fichier résultat
de S1 et S2
Transformer le fichier
résultat en format binaire
Tansferer le fichier dans une
EPROM
Fin
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Chapitre 3
HORLOGE
Réalisation pratique de l’onduleur monophasé en pont complet.
COMPTEUR
EPROM
vers MOS1
REMISE A
ZERO
vers MOS 2
INVERSSEUR
vers MOS 3
vers MOS 4
INVERSSEUR
figure 3.12 Schéma synoptique du générateur de la M.L.I.
Le schéma synoptique de générateur de la MLI est donné par la figure 3.12.
Le fonctionnement de ce circuit est comme suit :
L’horloge donne une impulsion au compteur, il a transforme à l’EPROM est commence à compter,
elle fait sortir deux information et à l’aide de l’inverseur, chacune information, elle a son
complémentaire pour attaquer un bras.
Chaque fois que le compteur termine sa tournée et attaque tout les adresses, le bloc de remise à zéro
initialise ce dernier.
La fréquence de l’horloge est calculée de façon à avoir la fréquence désirée à la sortie et lire la taille
du programme dans l’EPROM.
Pour le choix des différents éléments et le calcules des paramètre voir l’annexe D.
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3.7 Circuit de Retard
Le temps totale d’établissement (TON) d’un transistor MOSFET est toujours inférieure au temps
totale de coupure (TOFF).
Si on veut amorcer un transistor et bloqué son complémentaire (de même bras) avec des impulsions
opposé, le premier va s’amorce pendant que le deuxième ne s’est pas encore bloqué, pendant ce
temps l’alimentation (Vs) sera court-circuité.
Il faut prés avoir un circuit qui retarde l’amorçage d’un transistor, ce qui donne le temps à son
complémentaire d’être bloqué. Pour cela, le temps

de retard doit être supérieure à TOFF du
transistor MOSFET plus le temps de la diode avec ce dernier en série (voir figure 3.13).
MOS 1
(a)
MOS2
MOS 1

(b)
MOS2

figure 3.13 Chronogramme des signaux de commande.
( a ) Sans circuit de retard ; (b ) Avec circuit de retard.
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On utilise un mono-stable (SN 74123 N) avec un circuit RC pour calculer  (voir figure 3.14).
Rt
Vcc
D
Ct
15
14
16
entre
2
SN 74123 N
3
1
sortie
4
8
figure 3.14 Schéma du mono stable plus le circuit RC.
A chaque front montant à l’entré du mono stable, celui ci délivre une impulsion de niveau bas de
durée .
Pour avoir le retard désiré, il suffit d’ajouté des portes NAND par considération de l’inversion des
optocoupleurs, voir figure 3.15.
Imp (EPROM)
S' 1
S' 1
S 11
Q1
SN 74123 N
S' 1
S' 1
Q2
SN 74123 N
figure 3.15 Circuit de retard.
La figure 3.16, éclairé le fonctionnement de ce dernier.
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S 12
Chapitre 3
Réalisation pratique de l’onduleur monophasé en pont complet.
S' 1
S' 1
Q1
Q2
S' 11
S' 12
MOS
1
MOS
2
figure 3.16 chronogramme des signaux de retard.
Pour le choix des éléments et les calculs des paramètres voir annexe D.
Pour le bronchement complet du circuit de commande avec le circuit de retard voir annexe F.
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Réalisation pratique de l’onduleur monophasé en pont complet.
3.8 résultat expire mental
Pour les paramètres choisie de la réalisation on a :

Résistance de la charge Rch=26,19.

Inductance de la charge L=10,673mH.

La tension d’alimentation Vs=42,4264V.
(a)
(b)
figure 3.7. Forme d’onde de la tension pour ftri=50Hz.
( a ) resultat de simulation ; ( b ) resultat de la pratique.
(a)
(b)
figure 3.8. Forme d’onde du courant pour ftri=50Hz.
( a ) resultat de simulation ; ( b ) resultat de la pratique.
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Réalisation pratique de l’onduleur monophasé en pont complet.
(a)
(b)
figure 3.9. Forme d’onde de la tension pour ftri=100Hz.
( a ) resultat de simulation ; ( b ) resultat de la pratique.
(a)
(b)
figure 3.10. Forme d’onde du courant pour ftri=100Hz.
( a ) resultat de simulation ; ( b ) resultat de la pratique.
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(a)
(b)
figure 3.11. Forme d’onde de la tension pour ftri=250Hz.
( a ) resultat de simulation ; ( b ) resultat de la pratique.
(a)
(b)
figure 3.12. Forme d’onde du courant pour ftri=250Hz.
( a ) resultat de simulation ; ( b ) resultat de la pratique.
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(a)
(b)
figure 3.13. Forme d’onde de la tension pour ftri=500Hz.
( a ) resultat de simulation ; ( b ) resultat de la pratique.
(a)
(b)
figure 3.14. Forme d’onde du courant pour ftri=500Hz.
( a ) resultat de simulation ; ( b ) resultat de la pratique.
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Réalisation pratique de l’onduleur monophasé en pont complet.
(a)
(b)
figure 3.15. Forme d’onde de la tension pour ftri=1000Hz.
( a ) resultat de simulation ; ( b ) resultat de la pratique.
(a)
(b)
figure 3.16. Forme d’onde du courant pour ftri=1000Hz.
( a ) resultat de simulation ; ( b ) resultat de la pratique.
Remarque :
On constate d’après les formes des ondes de la tension et du courant de la charge pour des
différents fréquences de la triangulaire, que notre prototype nous a donnée des résultats
remarquable.
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Réalisation pratique de l’onduleur monophasé en pont complet.
3.9 conclusion
Les résultats pratiques sont les fruits de notre connaissance théorique dans l’électronique de
puissance qui affirme la fiabilité de notre onduleur en pont complet.
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