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CPGE ATS – cours de sciences industrielles (génie électrique)
Auteur : CAZADE Eric
Chapitre 2
Convertisseurs continu/continu :
Les hacheurs
1
1. . G GE EN NE ER RA AL LI IT TE ES S
Un convertisseur continu/continu ou hacheur est un convertisseur statique (utilisant des
composants à semi-conducteurs) qui permet d’alimenter une charge sous une tension continue
réglable, à partir d’une source de tension continue constante (batterie par exemple).
U V ré
g
lable
Commande éventuelle
Ils sont utilisés pour faire varier la vitesse des moteurs à courant continu ; on retrouve aussi leur
structure dans les alimentations à découpages.
Le rendement de ces convertisseurs est en moyenne de 0,9. (10% de pertes par échauffement).
La source de tension continue U constante et la charge se comportent comme deux sources
indépendantes. Les deux théorèmes fondamentaux de l’électronique de puissance devront ainsi
être appliqués :
1. Il est impossible de connecter une source de tension avec un circuit se comportant lui-
même comme une source de tension. Une bobine jouant le rôle de tampon doit figurer
dans le circuit (assimilation à une source de courant).
2. Il est impossible d’ouvrir le circuit d’une source de courant ou d’un générateur se
comportant comme une source de courant (f.é.m en série avec une bobine par exemple).
Par contre, on peut commuter ce circuit sur une diode ou un condensateur.

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2. . L LE E H HA AC CH HE EU UR R S SE ER RI IE E
2.1. Modélisation de l’interrupteur commandé parfait :
L’interrupteur de base dans les hacheurs est un
interrupteur statique unidirectionnel en courant,
commandé à l’ouverture et à la fermeture. Il s’agit d’un
composant fictif qu’il ne faut pas confondre avec le
thyristor ne possédant que la commande à la fermeture.
Il s’agit d’un composant parfait, sa caractéristique courant/tension est :
A l’état passant : c’est un court-
circuit qui ne laisse passer le
courant que dans un sens.
A l’état bloqué : c’est un circuit
ouvert.
2.2. Structure :
La charge R, L, Ec peut représenter un moteur à courant continu.
La bobine d’inductance L joue le rôle de tampon entre les sources de tension U et Ec (vérification de
la loi 1) ;
⇒ la charge R, L, Ec se comporte donc comme une source de courant continu ich(t).

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La diode D court-circuite la charge (phase de roue libre) si l’interrupteur T est ouvert, car, rappelons
qu’il est impossible d’ouvrir une source de courant (vérification de la loi 2).
Remarque : Par source de courant continu ich, il faut comprendre : le courant ich(t) dépend de la
source (R, L, Ec) , c'est-à-dire que le calcul de ich(t) va dépendre de R, L, Ec. Ce n’est pas un
générateur de courant au sens de l’électronique pure.
On va supposer par la suite (fonctionnement idéal) que la source de courant continu est parfaite, le
courant ich(t) est donc parfaitement lissé par la bobine (L → ∞) :
ich(t)=Ich= constante.
Représentation du hacheur série avec modélisation des sources :
2.3. Etude du fonctionnement idéal :
On considère que le convertisseur a atteint le régime permanent de fonctionnement et que le courant
de charge est constant (ich(t)=Ich= constante).
Ce régime idéal de fonctionnement se place dans le cadre de la conduction continue ou
ininterrompue (c'est-à-dire que le courant ich(t) ne s’annule jamais).
L’interrupteur T est commandé pendant : Tt
α
≤
≤
0,
α est le rapport cyclique et est compris entre : 10
≤
≤
α
.
Calcul de la tension moyenne : ∫∫∫
+=== TT
T
T
chchchmoy dtdtU
T
dttv
T
vv 00 0
1
)(
1
α
α
avec T la période et U valeur moyenne de la source de tension continue.
Donc Uvch
α =
La tension moyenne est ainsi comprise entre 0 et U. On nomme souvent ce convertisseur
hacheur dévolteur.

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La loi d’Ohm appliquée à la charge donne : c
ch
chch E
dt
tid
LtiRt ++= )( )()(v
Avec vch(t) = U ou vch(t) = 0
Dans le cas particulier ou on considère que ich(t)=Ich= constante, alors 0
)( =
dt
tid ch
On en déduit la relation sur les grandeurs moyennes :
UEIREiRv cchcchch α =+=+=

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On peut en déduire :
* valeur moyenne du courant i(t) fourni par la source U : ch
Ii α =
* valeur moyenne du courant iD(t) dans la diode :
(
)
chD Ii
α −= 1
2.4. Caractéristiques de charge
(
)
chch Ifv = à
α = constante pour un
fonctionnement idéal :
2.5. Etude du fonctionnement réel :
En réalité, la bobine possède une inductance finie. Le lissage du courant ich n’est donc pas parfait :
constante
≠
ch
i
La forme du courant de charge dépend de L et R, il faut donc résoudre l’équation différentielle
régissant la charge :
Le hacheur série travaille dans le
quadrant 1 (identique au redresseur à
thyristors).
c
ch E
dt
t+ )(
chch
id
LtiRtv += )()(
Pour t = 0-, on considère que le système est au repos
(tous les courants sont nuls).
A t = 0, on commande à la fermeture l’interrupteur T : c
ch
chch E
dt
tid
LtiRUt ++== )( )()(v
La résolution de l’équation différentielle donne : 
−
−
=−
τ
t
c
ch e
R
EU
t1)(i avec R
L
=
τ