Ch12 Le hacheur série ( le hacheur dévolteur ) Un interrupteur électronique : le transistor 1.1 Symbole, convention et relations Deux types de transistors : C C B B E E Transistor NPN Transistor PNP La flèche indique le sens du courant passant de la jonction « émetteur-base ». IC C IC C B IB UCE B IB UCE UBE IE UBE IE E E Transistor NPN Transistor PNP

Toutes les grandeurs sont : - positives pour le transistor NPN; - négatives pour le transistor PNP. Loi des nœuds : IE = IB + IC. Le courant IC est proportionnel au courant IB : IC = βIB β est le coefficient ( ici un nombre sans unité )d’amplification en courant. IE = IB + IC = IB + βIB = ( 1 + β )IB. 1.2 Fonctionnement en commutation On va considérer que lorsque le transistor est conducteur ( IB ≠ 0 ), la tension UCE est nulle. Ici le transistor ne peut être que bloqué ( IC = 0 ) ou saturé ( UCE = 0 et IC ≠ 0 ).

État bloqué : IB = 0 donc IC = 0 et IE = 0; UCE ≠ 0. Le transistor est considéré comme un interrupteur ouvert. E C État saturé : UCE = 0 et | IB | ≥ | IBsat | = | |. ● ● E C Le transistor est comme un interrupteur fermé. Le courant IB dans la base commande la fermeture ou l’ouverture du transistor. 1.3 Fonctionnement avec une charge inductive. Diode de roue libre. i L R iB iC DRL iD E iE

Loi des nœuds : i = iC + iD uL : tension aux bornes de la bobine. uL = Si on annule brutalement le courant i, on a di ≠ 0 Existence d’une surtension aux bornes du transistor pouvant le détruire. On place alors en parallèle une diode dite « diode de roue libre » pour éviter cette surtension. Pour un transistor saturé en régime établi : iC = i et iD = . Si transistor bloqué : iC = et iD = Selon la valeur de L, le courant progressivement s’annuler ou demeurer sensiblement constant.

2. Définition et symbole du hacheur Un hacheur est un convertisseur « continu-continu ». A l’entrée du hacheur, on a une tension d’alimentation constante, par exemple E. Aux bornes de la charge alimentée par un hacheur, on a une tension unidirectionnelle de valeur moyenne réglable. Symbole : 3. Principe du hacheur 3.1 Cas d’une charge résistive is H i uH E R u

Source de tension continue fixe : E > 0. Loi des mailles : E = u + uH Loi d’Ohm : u = Ri La tension u est une tension aux bornes de la charge de valeur moyenne réglable. 3.2 Rapport cyclique, fonctionnement du hacheur et valeur moyenne de la tension u L’interrupteur H s’ouvre et se ferme périodiquement avec une fréquence f. tf : durée de fermeture de H. to : durée d’ouverture de H. to + tf = T ( T période de fonctionnement du hacheur ) T = On pose : α = ; α est le rapport cyclique : 0 ≤ α ≤ 1 u On a : tf = α T ; to = T - α T E 0 t uH α T T 0 α T T t

● 0 ≤ t ≤ αT : H fermé ; uH = 0 u = E = Ri i = is = ● αT ≤ t ≤ T : H ouvert is = i = 0 ; u = Ri = 0 et uH = E. Calcul de la valeur moyenne de u : <u> = <u> en fonction de α <u> E 0 1 α Le hacheur série apparaît comme un abaisseur de tension hacheur dévolteur. Pour une charge résistive R, le courant i est unidirectionnel et interrompu : i ≥ 0 i =

4. Etude du hacheur série sur une charge inductive ( R,L E ) 4.1 Fonctionnement à courant i constant La bobine L lisse le courant et pour L de valeur suffisante, le courant i est constant. is H i uL iD uR R E u uD DRL E' is + iD = i et i = < i > = I = cte ● 0 < t < αt ; H fermé : uH = 0 ; uD = -E et iD = 0.

Loi des mailles : u = E' + Ri + L = E ● αT ≤ t ≤ T ; H ouvert. À l’ouverture de H, DRL devient conducteur : uD = 0 u = 0 et uH = E iD = i = I ; u = E' + Ri + L = 0 u E 0 αT T t uH 0 αT T t i I is iD

Valeur de I : < u > = α E et < u > = E' + RI + 0 α E = E' + RI et I = 4.2 Ondulation de i On travaille en régime établi. u ( en V ) 0 αT T t i( en A ) Imax Imin H ouvert H fermé < i > = Application : Moteur à courant continu ( Moteurs des rames de métro ) Ω ( rad/s ) =