Notes de cours
ELECTRONIQUE DE PUISSANCE
- Établissement
- École Centrale Paris
Electronique de puissance, Conversion DC/DC
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Les hacheursLes convertisseurs continu-continu ont pour fonction de fournir une tension continue
variable à partir d'une tension continue fixe. La tension continue de départ peut être un réseau
alternatif redressé et filtré, une batterie d'accumulateurs, une alimentation stabilisée…
On distingue deux types de convertisseurs continu-continu. Ceux qui sont non isolés, que
l'on appellera hacheurs, et ceux qui comportent un transformateur assurant l'isolation
galvanique, que l'on appelle alimentations à découpage (cas des alimentations de PC…). Par
la suite, nous n’étudierons que les premiers.
I. Etude de quelques structures de hacheurs non réversibles.
Nous allons nous intéresser, dans un premier temps aux structures les plus simples des
hacheurs. Il s'agit de celles qui n'assurent pas la réversibilité, ni en tension, ni en courant.
L'énergie ne peut donc aller que de la source vers la charge.
I.1. Hacheur dévolteur (ou série).
Ce nom est lié au fait que la tension moyenne de sortie est inférieure à celle de l'entrée. Il
comporte un interrupteur à amorçage et à blocage commandés (transistor bipolaire, transistor
MOS ou IGBT…) et un interrupteur à blocage et amorçage spontanés (diode).
I.1.1. Schéma de principe.
La charge est constituée par la résistance R. Les éléments L et C forment un filtre dont le
but est de limiter l'ondulation résultant du découpage sur la tension et le courant de sortie. Si
ces éléments sont correctement calculés, on peut supposer que is et vs sont continus (on
néglige l'ondulation résiduelle).L'ensemble (filtre + charge) peut être composé différemment,
mais nous raisonnerons sur cet exemple par la suite.
1.1.2. Fonctionnement.
Le cycle de fonctionnement, de période de hachage T (T=1/f), comporte deux étapes.
Lors de la première, on rend le transistor passant et la diode, polarisée en inverse, est
bloquée. Cette phase dure de 0 à α.T, avec α compris entre 0 et 1. α est appelé rapport
cyclique.
Lors de la seconde, on bloque le transistor. La diode devient passante. Cette phase dure de
αT à T.
1.1.3. Formes d'ondes.
Nous allons être amenés à distinguer deux cas : la conduction continue et la conduction
discontinue.
1
, • Dans le premier, le courant de sortie est suffisamment fort et le courant dans l'inductance
ne s'annule jamais, même avec l'ondulation due au découpage.
• Dans le second, le courant de sortie moyen est bien entendu positif, mais, en raison de sa
faible valeur moyenne, l'ondulation du courant dans l'inductance peut amener ce dernier à
s'annuler. Or, les interrupteurs étant unidirectionnels, le courant ne peut changer de signe et
reste à 0.
Les formes d'ondes données maintenant supposent que les composants sont tous parfaits et
que tension et courant de sortie, vs et is, peuvent être assimilés à leur valeur moyenne
(ondulations de sortie négligées).
1.1.4. Tension moyenne et ondulation de tension et de courant.
Nous allons désormais représenter les grandeurs par des lettres minuscules, leurs valeurs
moyennes par des lettres majuscules et l'ondulation par une minuscule surmontée de ∼. Pour
une grandeur a(t) quelconque, on aura donc
a =A+~ a
• valeur moyenne de la tension de sortie.
v s = − v L − v d soit Vs = −Vd car la tension moyenne aux bornes d'une inductance, en
régime périodique, est nulle.
α
En conduction continue, on a Vs = α.E alors qu'en conduction discontinue Vs = .E
αE
(car Vs = − Vd = α.E + (1 − α E ).Vs ).
• remarque concernant iL.
La pente de iL est (E-Vs)/L de 0 à α.T et (-Vs)/L de α.T à αE.T (on suppose pour cela que
l'ondulation de tension de sortie est négligeable) et dans le cas de la conduction continue,
αE=1.
di
En effet, on a v L = L. L avec vL=E-Vs de 0 à α.T et vL=-Vs de α.T à αE.T.
dt
•Calcul de l'ondulation de courant dans l'inductance (nous raisonnerons en conduction
continue et nous supposerons l'ondulation de tension négligeable en sortie). Crête à crête, on ,
compte tenu des calculs précédents
2
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