CONVERTISSEUR STATIQUE Principe général de l’électronique de puissance

Chapitre B.3 Introduction aux convertisseurs statiques
Bernaud J 1/4
CONVERTISSEUR STATIQUE
Principe général de l’électronique de puissance
L’énergie électrique est surtout distribuée sous forme de tensions alternatives sinusoïdales.
L’électronique de puissance permet de modifier la présentation de l’énergie électrique pour l’adapter aux
différents besoins. L’électronique de puissance utilise des convertisseurs statiques.
Ces derniers utilisent des interrupteurs électroniques.
Exemples: conversion AC --> DC : redresseur,
conversion DC --> AC : onduleur,
conversion DC --> DC : hacheur.
1°) Les interrupteurs : caractéristiques et limites
1.1) La fonction interrupteur
C’est un récepteur ( convention récepteur ).
i
u
Caractéristique:
Interrupteur à l’état passant ( fermé ) : u = 0 V, i
≠
0 A;
Interrupteur à l’état bloqué ( ouvert ) : u
≠
0 V, i = 0 A.
Pour passer de l’état fermé à celui ouvert et vis versa, il y a commutation. Si la commutation a lieu dans
un seul quadrant: la commutation est dite commandée ou forcée, le point de fonctionnement de
l’interrupteur reste dans ce quadrant.
Si la commutation se fait entre les deux quadrants récepteurs, le point de fonctionnement passe par le
point u = 0 V, i = 0 A; la commutation est dite spontanée.
1.2) Exemples d’interrupteur
1.2.1) La diode
I FM
id
ud
VRM
id
ud
sens direct
sens indirect zone interdite : fonctionnement en
générateur
i
u

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Etat passant (fermeture) Etat bloqué (ouverture)
ud
id
ud
id
id > 0 et ud = 0 i
d = 0 et ud > 0
Ouverture et fermeture spontanée lors du changement de quadrant (passage par zéro); la diode idéalisée
fonctionne comme un interrupteur électronique non commandé unidirectionnel en courant.
Remarque: la mise en conduction et le blocage d’une diode ne dépendent pas uniquement de la source de
tension mais aussi de la nature de la charge (inductive .....).
1.2.2) Le thyristor
I FM it
ut
VRM
it
ut
Vb0
igCommande à la
fermeture
Etat passant Etat bloqué
i
t > IH (courant de maintien) ut < 0
u
t = 0 ou ut < Vb0 avec ig = 0
Il y a commande à la fermeture ( à l’amorçage ), et ouverture spontanée ( passage par zéro du courant
avec changement de quadrant ).
Le thyristor parfait est un interrupteur électronique commandé à l’amorçage (fermeture)
unidirectionnel en courant.
1.2.3) Le transistor
Icsat ic
vce
ib
vbe Vcc
vce
ic
Commande de fermeture et
d’ouverture
Etat bloqué ( ouverture ) Etat passant ou saturé ( fermeture )
vce
ic
vce
ic = Ic
sat
ib = 0 i
b > ibsat
Le transistor parfait est un interrupteur électronique unidirectionnel en courant commandé à
l’ouverture (blocage) et à la fermeture (saturation).

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2°) Les sources, les charges et leurs associations
Un convertisseur met en relation une source d’énergie avec une charge. On qualifie ces différents
éléments par leur comportement vis à vis des contraintes imposées par les commutations.
2.1) Sources de tension et de courant
Source et élément de courant :
Le courant ne peut pas varier brutalement, par contre des discontinuités de
tension à leurs bornes sont possibles. Un élément de courant peut être court-circuité, mais ne doit pas
être ouvert lorsque le courant n’est pas nul (sinon cela provoque une surtension).
Exemples:
i
Source de courant
p
ermanente
v
i
Elément de courant
instantané
i ne dépend pas des autres i peut varier en fonction des
éléments du montage autres éléments du montage
Source et élément de tension :
La tension ne peut pas varier brutalement, par contre des discontinuités de
courant sont possibles. Un élément de tension peut être ouvert, mais ne doit pas être court-circuité
lorsque la tension à ses bornes n’est pas nulle (sinon cela provoque une surintensité).
Exemples:
Source de tension
p
ermanente
v
i
Elément de tension
instantané
v
v ne dépend pas des autres v peut varier en fonction des
éléments du montage autres éléments du montage
2.2) Association de différentes sources
Sans échange d’énergie:
i
avec i = 0
u
i
avec u = 0
u

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Avec échange d’énergie :
i
u
i
u
ou
2.3) Convertisseur à liaison directe
Il se caractérise par l’absence d’éléments de stockage de l’énergie (inductance,
condensateur, batterie ...). Le transfert d’énergie entre son entrée et sa sortie ne peut donc se faire que,
lorsqu’une liaison directe est établie entre les deux.
De manière à ce que cette liaison puisse être établie sans contrainte de courant et de tension, les sources
d’entrée et de sortie doivent être de nature différente.
Un convertisseur qui permet de réaliser les trois situations précédentes, est constitué de
quatre interrupteurs.
i2 u1
uk1
uk2
uk3
uk4
ik1
ik2 ik4
ik3
i1
u2
K1 et K2 ne peuvent être fermé en même temps si u1 = 0 V et ils ne peuvent être ouvert en même temps si
i2 = 0 A. Il en est de même pour K3 et K4.
Il faut K
1 = 2
K
et K4 = 3K.
Il n’y a pas d’échange d’énergie, si (K1, K3) sont ouverts et (K2, K4) sont fermés; ou si (K2, K4) ouverts et
(K1, K3) fermés.
Il y a échange d’énergie, si (K1, K4) sont ouverts et (K2, K3) sont fermés; ou si (K2, K3) ouverts et (K1, K4)
fermés.
Les deux sources courant et tension doivent être traversées par des courants et avoir des tensions à leurs
bornes compatibles avec leurs caractéristiques et leur réversibilité ( accepte ou non un courant ou une
tension négatif ou positif ).
Bilan de puissance : Le convertisseur étant constitué d’interrupteurs considérés comme parfait, il
n’y a pas de pertes de puissance dans ce dernier, par conséquent la puissance à l’entrée du convertisseur
est égale à la puissance à la sortie du convertisseur.
u1 * i1 = u2 * i2