GEL 23a_Session 1_2013-2014

L2 SPI Examen GEL23a - Electronique de puissance Janvier 2014
Barème approximatif — les applications numériques ont beaucoup de poids dans l’évaluation
I Alimentation sans interruption (14 pts)
"Une alimentation sans interruption (ASI), alimentation statique sans coupure
(ASSC) (en anglais Uninterruptible power supply ou UPS) ou, du nom d’un de ses
composants, onduleur, est un dispositif de l’électronique de puissance qui permet de
fournir à un système électrique ou électronique une alimentation électrique stable et
dépourvue de coupure ou de micro-coupure, quoi qu’il se produise sur le réseau élec-
trique" (source Wikipedia).
Il existe différentes topologies d’ASI, nous nous intéresserons à la topologie sui-
vante :
entrée
batterie
onduleurchargeur
sortie
by-pass
mode normal
mode autonomie
redresseur/
I . 1 ) Questions préliminaires
En cas de coupure réseau, l’onduleur doit être capable de fournir 500 W pen-
dant 2 heures. La batterie doit se recharger complètement en 5 heures. On suppo-
sera que les convertisseurs et la batterie sont parfaits.
a) Quelle est l’énergie stockée dans la batterie ?
b) Quelle est la puissance du convertisseur AC/DC ?
I . 2 ) Onduleur
L’onduleur est constitué d’un pont en H à transistors MOS avec diode anti-
parallèle commandés en MLI intersective. La tension du bus continu est notée
VBU S .
a) Dessiner la structure de puissance de l’onduleur.
Les signaux de commande des interrupteurs sont obtenus par MLI intersective.
Les transistors de chaque bras sont commandés de manière complémentaire et
les bras sont en opposition.
b) Dessiner un circuit électronique simple qui permet de générer le signal MLI
VMLI (t) à partir d’une porteuse triangulaire VT RI (t) et un signal sinusoïdal de
référence VREF (t).
c) Compléter le document réponse ( en fin de document ) en dessinant VMLI (t)
ainsi que VS(t) qui est le signal de sortie de l’onduleur.
On notera <x(t)>|Tdla valeur moyenne du signal x(t) calculé sur une période
de découpage Td.
d) Quel signal impose la valeur de Td?
e) Quel est le lien entre <VMLI (t)>|Tdet <VS(t)>|Td?
f) Quelle doit être la valeur de VREF (t) pour que <VS(t)>|Tdsoit le plus grand pos-
sible ?
g) Quelle est la valeur maximale ˆ VEDF de la tension du réseau EDF que doit être
capable de générer l’onduleur ?
h) Pour cette valeur de VREF (t) (question f)), quelle est la valeur minimale de VBU S
qui permet d’avoir <VS(t)>|Td≥ˆ VEDF ?
Un filtre L/C est ajouté en sortie du montage afin d’améliorer la qualité des si-
gnaux délivrés.
i) Compléter le dessin de l’onduleur en y ajoutant le filtre.
j) Comment choisir la fréquence de coupure du filtre ?
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I . 3 ) Conversion AC/DC
Le convertisseur AC/DC est constitué d’un redresseur à capacité en tête suivi
d’un hacheur parallèle. La tension délivrée par le hacheur parallèle vaut VBUS =
350[V]. On supposera les convertisseurs parfaits et la conduction du hacheur conti-
nue.
a) Dessiner le schéma électrique du redresseur et du hacheur.
b) Rappeler, sans démonstration, le lien entre tension d’entrée VAet tension de
sortie VBU S d’un hacheur parallèle de rapport cyclique α.
c) Quel est le rapport cyclique sachant que VA=300[V] ?
II Questions diverses (6 pts)
a) Le fabricant Linear Technology propose de nombreuses solutions pour les
convertisseurs. Le circuit LTC3863 réalise la commande d’un convertisseur
DC/DC permettant de délivrer du (-)12V à partir d’une tension d’entrée positive
entre (+) 4,5 et (+)16 V. Le convertisseur est constitué, pour la partie puissance :
– de la source connectée entre Vin et PGND
– du transistor Q1
– de l’inductance L1
– de la diode Schottky D1
– de la charge connectée entre Vout et PGND
ÏQuel est le nom de ce hacheur (série, parallèle, stockage inductif, flyback, for-
ward, . . .) ?
ÏCe hacheur est il élévateur, abaisseur, les deux à la fois ?
ÏCe hacheur est il réversible en courant ?
ÏCe hacheur est il réversible en tension ?
b) Dans le montage ci-dessous, le transistor fonctionne avec un rapport cyclique
de 60 %. Le courant dans l’inductance est quasiment constant et vaut 10 A. Le
transistor présente une résistance à l’état passant RDSon =0,2Ω. La résistance
thermique (avec dissipateur) vaut RT H =8˚/W. La température ambiante est de
25°C. La fréquence de découpage vaut 50 kHz.
K
100 V
1mH
10µF6Ω
D
Le dissipateur est il bien choisi ? Justifier !
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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
Feuille A4 manuscrite R/V autorisée – Calculatrice autorisée Durée : 2 h Page 3/3