Référence BO :§E31- Traitement des signaux (Fonction commutation)

LES COMPOSANTS DE L’ELECTRONIQUE DE PUISSANCE
Référence BO :§E31- Traitement des signaux (Fonction commutation)
1. PRESENTATION
Ce cours à pour objectif de présenter les principaux composants utilisés dans
l’électronique de puissance. Nous étudierons les caractéristiques générales de
ces composants et leurs critères de choix.
2. LA DIODE
La diode est un semi-conducteur non contrôlable permettant la circulation du
courant dans un seul sens.
Le plus souvent la diode est réalisée à partir d’un petit fragment de silicium
mono cristallin. Une partie de ce cristal a reçu en très faible quantité des
atomes d’un des éléments de la troisième colonne de la classification périodique
des éléments ( Aluminium, Gallium ....) : c’est la région P.
L’autre partie a reçu des atomes d’un des éléments de la cinquième colonne
(Phosphore, Arsenic ....) : c’est la région N. La zone de séparation constitue la
jonction.
Sens passant
Uak
Vd
A
Anode
K
if
Cathode
A
Sens bloqué
Uka
i K
G
Ig
A
Ug
G
Valeurs caractéristiques
Une diode est caractérisée par les paramètres
suivant
Le courant direct moyen (I0 ou IFAV).
Le courant direct continu ( IF ).
Le courant de pointe répétitive ( IFRM )
La tension inverse de pointe répétitive (VRRM )
La tension de pointe non répétitive ( VRSM )
La tension continue direct à l’état passant ( VF )
La tension de seuil (VD ) .
La résistance dynamique ( rd )
La contrainte thermique ( I2 t ).
Les résistances thermiques boitier jonction
dissipateur.
Lycée Louis Jouvet Taverny
582688960
Section
K
S 1/4
LES COMPOSANTS DE L’ELECTRONIQUE DE PUISSANCE
Choix d’une diode
Dans la plupart des montages que nous utiliserons les critères se limiteront Au
courant moyen ( I0 ) , à la tension inverse de pointe répétitive ( VRRM ) et au
courant efficace.
3. LES THYRISTORS
Un thyristor est un semi-conducteur bistable contrôlable par un circuit
d’amorçage pour la mise en conduction, le blocage s’effectuant lors de la
disparition du courant direct. Avec des thyristors il est possible de faire varier la
tension de sortie en agissant sur le temps de conduction. On obtient alors un
redressement commandé.
Il existe aussi les thyristors GTO (gate turn off) ou le blocage est assuré par une
impulsion négative sur la gâchette. Ils peuvent aller jusqu'à 400A sous 2500v.
Principe de fonctionnement
Sens passant
Uak
A
Sens bloqué
Uka
i K
G
Ig
A
Ug
K
G
Dans le sens passant il faut pour que le transistor, que la tension Uak soit
positive et qu’il y ait un courant de gâchette Ig suffisant.
Dans le sens bloqué il faut que la tension Uak passe par 0 ou s’inverse pour que
le courant dans le circuit s’annule.
Dés qu’un thyristor est amorcé par le courant de gâchette, ce courant peut être
supprimé ;le thyristor continue à conduire tant que Uak est positif.
Lycée Louis Jouvet Taverny
582688960
Section
S 2/4
LES COMPOSANTS DE L’ELECTRONIQUE DE PUISSANCE
Courbes caractéristiques
Caractéristiques techniques : Ce sont les
mêmes données que les diodes avec en
plus :
It
état passant
tension de
retournement
Vrrm
Ih
Vt
tension de
claquage en
inverse
Vdrm
Vbo
Ir
état bloqué
Vth
Le courant de maintien (Ih ), valeur
minimale nécessaire pour maintenir la
conduction.
Le courant d’accrochage (Il ), valeur
minimale à maintenir pendant une durée
bien précise après disparition de
l’impulsion de commande Il> 2Ih.
La tension (Vgt) et le courant (Igt)
d’amorçage
Protection des thyristors
Contre les surintensités : La protection peut-être assurée par un fusible ultra
rapide ou un système limiteur électronique.(Inductance simple ou saturable).
Contre les amorçages trop rapides di/dt. Une inductance montée en série.
Contre les blocages trop rapides dv/dt. On emploie soit un condensateur, soit
un filtre RC pour limiter le courant.
4. LE TRIAC
Le triac ( Triode Alternatif Current ) est un semi-conducteur bistable
bidirectionnel contrôlable par un circuit d’amorçage pour la mise en conduction,
le blocage s’effectuant lors de la disparition du courant direct. Le triac est
équivalent à deux thyristors tête bêche. Il n’existe qu’une gâchette et deux
anodes.
Symbole
Vt
Gachette
It
Anode 2
Anode 1
Lycée Louis Jouvet Taverny
582688960
Section
S 3/4
LES COMPOSANTS DE L’ELECTRONIQUE DE PUISSANCE
Domaine d’utilisation des Triacs.
Les triacs permettent de remplacer les thyristors dans les gradateurs à trains
d’ondes. Ils peuvent contrôler des courants de 1 à 60A avec des tensions
inverses de 700 à 1000v.
Choix d’un Triac
Les critères sont les mêmes que les diodes et les thyristors. La caractéristique
nouvelle est le signe du courant de gâchette.
5. LES TRANSISTORS DE PUISSANCES
5.1 Transistor bipolaire
C’est le même symbole que celui utilisé en électronique. Il fonctionne le plus
souvent en régime de commutation. Les progrès réalisés dans la mise en œuvre
des semi-conducteurs permettent de réaliser des transistors capables de contrôler
des courants de plusieurs centaines d’ampères sous des tensions allant jusqu'à
1000v.
Leurs domaines d’utilisation est celui des hacheurs et des onduleurs qui
demandent des fréquences de commutation élevées.
5.2 Transistor MOSFET
C’est un transistor à effet de champ à enrichissement canal N ou P à grille
isolée (MOSFET : Métal Oxyde Semi-Conducteur Field Effect Transistor ).
Symbole
Id
D
Id
G
Vds
Vgs
S
G
Vgs
passage de l’état bloqué à l’état
passant du composant est réalisé par
D polarisation de la grille (équivalentee
à un condensateur entre grille et
source).
A l’état passant la tension
Vds
drain-source est proportionnelle au
S courant. Ce facteur de
proportionnalité est appelé résistance
à l’état passant ( RDSon)
On distingue trois électrodes, la
grille le drain et la source. Le
Lycée Louis Jouvet Taverny
582688960
Section
S 4/4