I Exercice 1 : Pertes dans un hacheur série

L2 SPI Examen GEL23a - Electronique de puissance Juin 2014
Barème approximatif — les applications numériques ont beaucoup de poids dans l’évaluation
I Exercice 1 : Pertes dans un hacheur série
On considère le hacheur série dessiné ci dessous. Le transistor MOS est com-
mandé de manière périodique (période T=1
f) avec un rapport cyclique α.
K
E I
D
FIGURE 1: Hacheur Série idéal
0
t
α.T
Ik(t)
TON TOF F
FIGURE 2: Commutations
Lors des commutations, on supposera qu’à l’amorçage du transistor le courant
monte linéairement pendant une durée TON , et qu’au blocage il décroit linéaire-
ment pendant une durée TOF F .TON et TOF F sont très petits devant la période T.
On adoptera les schémas équivalents classiques suivants pour les interrupteurs sui-
vant leur état :
Passant Bloqué
DRD
VD
K
RDSON
1 – En tenant compte des imperfections (chute de tension à l’état passant et
commutation non idéale), tracez les formes d’ondes de Vk(t), Ik(t), VD(t) et
ID(t),
2 – Déterminez l’expression de la valeur moyenne et de la valeur efficace du cou-
rant dans le transistor en fonction de αet I, est-il judicieux de tenir compte
des imperfections (TON ,TOF F ) dans ce calcul à la main ?
3 – Déterminez l’expression de la valeur moyenne et de la valeur efficace du cou-
rant dans la diode en fonction de αet I, est-il judicieux de tenir compte des
imperfections (TON ,TOF F ) dans ce calcul à la main ?
4 – Déterminez les pertes par conduction dans le transistor en fonction de RDSON ,
αet I,
5 – Déterminez les pertes par conduction dans la diode en fonction de VD,RD,α
et I,
6 – Déterminez les pertes par commutation dans le transistor en fonction de E,
I,TON ,TOF F et f 1.
7 – Déterminez les pertes par commutation dans la diode.
8 – Faites l’application numérique pour α=50%, avec les données suivantes :
Hacheur Diode Transistor
E I f VDRDRDSON TON TOF F
100 [V] 200 [A] 5 [kHz] 1,5 [V] 2,5
[mΩ]9 [mΩ]100 [ns]
150
[ns]
9 – Déterminez le rapport cyclique pour lequel le rendement du hacheur est le
meilleur.
1. Pour cela, ne considérer que les instants compris entre [0,0 +TON ] puis entre [α.T,α.T+TOF F ] et calculer la puissance instantanée dans le transistor PK(t)=VK(t).IK(t) puis en chercher la valeur
moyenne sur une période . . .
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II Questions diverses
II . 1 ) Conversion DC/AC
Un onduleur monophasé de tension alimente une charge dont l’impédance est
inductive. La tension du bus continu vaut 300 [V]. L’onduleur délivre une tension
VS(t) découpée périodique dont le fondamental vaut 230 [V] (efficace) à 50 [H z].
1 – Que signifie M.L.I. ? Quelle est sa traduction anglaise ?
2 – La M.L.I. est de type intersective à partir d’un signal triangulaire VT RI (t) et
d’un signal sinusoïdal d’amplitude ˆ VREF . Le signal de sortie de la M.L.I est
VMLI (t). Complétez sur le document réponse page suivante la courbe de
VMLI (t).
3 – Dessinez la structure de puissance de l’onduleur monophasé.
4 – Décrire la manière avec laquelle sont commandés les quatre interrupteurs ?
5 – Complétez sur le document réponse page suivante la courbe de VS(t).
II . 2 ) Conversion AC/DC
Un redresseur monophasé est utilisé dans une alimentation secteur d’ordina-
teur portable à partir du secteur. Le redresseur fonctionne en conduction continue
et délivre un courant constant IA. La puissance de l’alimentation est 90 [W].
1 – Quelle est la valeur moyenne de la tension redressée ?
2 – Quelle est la valeur du courant IA?
3 – Dessinez l’allure du courant absorbé au réseau en précisant les valeurs nu-
mériques importantes sur les axes horizontal et vertical.
4 – Calculez la valeur efficace du courant absorbé au réseau, en déduire le facteur
de puissance du redresseur.
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Numéro d’anonymat : ..................................................
t
V
0
−ˆ VT RI
ˆ
VT RI
−ˆ VRE F
ˆ
VRE F
t
VMLI
0
ON
OFF
t
VS
0
VBUS
VBUS
2
−VBUS
2
−VBUS
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