GEL-4102 Électronique de puissance

Électronique de Puissance
Mardi 18 décembre 2012
EXAMEN 2
Document autorisé : 1 feuille recto-verso écrite à la main
Durée : 1h50
Exercice 1 : Circuit de commande d’un transistor de puissance (25 pts)
Expliquer le fonctionnement du circuit de commande de la figure 1 en répondant aux questions suivantes. On
suppose que le transistor de puissance doit supporter une tension continue de 300V.
a) Lorsque le transistor du circuit intégré (PWM) est amorcé, quel est l’état des transistors BS250,
IRFD9113, BUF410A et IRFD1Z3.
b) Quel est le rôle de la diode BYW100 ? Estimez (approximativement) le courant maximal qui pourrait
la traverser, dans ce circuit ainsi que la tension minimale qu’elle doit supporter.
c) Quel est le rôle de la diode BYT11-1000 dans le circuit de base? Estimez (approximativement) le
courant maximal qui pourrait la traverser dans ce circuit ainsi que la tension minimale qu’elle doit
supporter.
d) Quelle est la tension que doit supporter le condensateur de 680 pf?
e) Quel est le courant maximal qui va traverser le condensateur de 680 pf lorsqu’on amorce le transistor
BUF410A ?
f) Quelle doit être la durée minimale de conduction du transistor BUF410A ? (Justifier votre réponse)
g) Estimer la puissance minimale de la résistance de 560 ohms si la fréquence de modulation est de
15kHz.
Figure 1 : Circuit de commande
Exercice 2 : Questions de cours (20 pts)
1)
2)
3)
4)
Faire le schéma d’un onduleur monophasé à transistors IGBT (partie puissance seulement).
Indiquer au moins 2 méthodes d’isolation pour la commande d’un transistor
Donner le schéma d’un circuit PFC et expliquer sa fonction
Expliquer l’intérêt d’un redressement synchrone
Exercice 3 : Dimensionnement d’un hacheur dévolteur (25 pts)
On souhaite réaliser le dimensionnement d’un hacheur dévolteur pour le cahier des charges suivant :
La tension d’entrée E=50 V, la tension de sortie Vch = 15 V et le courant de charge Ich=2A.
1) Faire un schéma du circuit de puissance d’un hacheur dévolteur
2) Déterminer la valeur minimale de l’inductance pour obtenir un fonctionnement en conduction critique si
on fixe la fréquence de modulation à 40 kHz
3) Calculer la valeur minimale du condensateur pour limiter l’ondulation de tension aux bornes de la charge
à 0.5 V.
4) Determiner les caractéristiques des composants de puissance (transistors et diodes); VCEmax, VRRM, ITrms,
ITmax, IDrms, IDmoy.
5) Est-ce qu’on peut faire une version isolée de cette alimentation. Dans l’affirmative, tracer un schéma de
cette alimentation isolée.
Exercice 4 : Analyse de circuit (30 pts)
On veut étudier le fonctionnement en régime permanent et en conduction continue de l’alimentation à
découpage de la figure 2. Le transistor T est amorcé avec un signal de commande à fréquence constante f =
1/T, avec un rapport cyclique  =ton/T.
C
+
I1
T
D
I2
Figure 2
Les hypothèses simplificatrices adoptées pour cette étude sont les suivantes:
H1 – Les sources de courant I1 et I2 imposent des courants constants, sans ondulation
H2 – Le convertisseur fonctionne en régime permanent et en conduction continue; sur une période de
fonctionnement. La tension Vc aux bornes de la capacité C varie entre une valeur minimale Vm et une
valeur maximale VM.
1) Étude du fonctionnement.
a) Séquence 1 : à t = 0, on amorçe le transistor T. Le condensateur est chargé avec Vc=+VM.
- Tracer le circuit actif (mailles parcourues par des courants seulement) et vérifier l’état de la diode
(amorcée ou bloquée)
- Établir l’expression de la tension Vc(t) dans le condensateur en fonction de sa valeur initiale.
- Préciser si le condensateur C se charge et/ou se décharge.
- Donner l’expression des tensions VT, VD, et des courants IT, ID dans les interrupteurs en fonction de
I1, I2 et Vc.
b) Passage de la séquence 1 à la séquence 2 :
A t=ton, on ouvre le transistor T. Décrire précisément les phénomènes transitoires conduisant au
passage à une nouvelle séquence de fonctionnement.
c) Séquence 2 :
- Tracer le circuit actif au cours de la deuxième séquence (mailles parcourues par des courants
seulement).
- Établir l’expression de la tension Vc(t) dans le condensateur en fonction de sa valeur initiale.
- Préciser si le condensateur C se charge et/ou se décharge.
- Donner l’expression des tensions VT, VD, et des courants IT, ID dans les interrupteurs en fonction de
I1, I2 et Vc.
d) Passage de la séquence 2 à la séquence 1 :
A t=T, on réamorce le transistor T. Démontrer précisément que l’on revient à la séquence 1.
2) Tracer au propre les formes d’ondes sur deux périodes de fonctionnement pour les variables suivantes:
IC, VC, IT, VT, ID, VD. Préciser clairement les échelles sur vos graphiques; les instants pour lesquels on
observe des transitions et les amplitudes caractéristiques.
3) Établir et démontrer la caractéristique I2=f(I1,) de cette alimentation,  étant le rapport cyclique.
4) Faire un schéma de ce montage avec une source de tension et une charge résistive, en rajoutant au besoin,
les éléments nécessaires.