ELECTRONIQUE DE PUISSANCE (ELEC032) A.GENON Chargé de Cours Montefiore B28, local I157 Cours : 1er quadrimestre, le vendredi de 8h30 à.

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1 ELECTRONIQUE DE PUISSANCE (ELEC032) A.GENON Chargé de Cours Montefiore B28, local I157 AGenon@ulg.ac.be Cours : 1er quadrimestre, le vendredi de 8h30 à 10h15 TP: second quadrimestre

2 Domaines d’utilisation

3 Fonction SOURCE d’énergie électrique ConvertisseurCHARGE

4 Types de convertisseurs EntréeSortieU varie?F varie?dénomination ACDCouis.o.Redresseur Variateur DC AC ouinonGradateur AC oui Cycloconvertisseur DC ouis.o.Hacheur Alim. à découpage DCACoui Onduleur Autre convertisseur : combinaison AC/DC + DC/AC

5 Les CONDUCTEURS Réseau cristallin – liaisons covalentes – électrons libres (EL) (OG:10 23 /cm 3 ) Cristal de cuivreCristal de titane

6 Les CONDUCTEURS Réseau cristallin – liaisons covalentes – électrons libres (EL) (OG:10 23 /cm 3 ) Champ électrique  force  déplacement des EL EL entrent en collision avec structure qui vibre (énergie thermique)  perte d’énergie (effet JOULE) Résistivité: OG : 10 -7 ohm*m La résistivité diminue avec la température (supraconductivité)

7 Les ISOLANTS Électrons libres (d’origine thermique) peu nombreux à la température ambiante (OG de la résistivité : 10 14 ohm*m) La résistivité diminue si la température augmente

8 SEMI-CONDUCTEURS purs ou intrinsèques Si, Ge: réseau cristallin tétraédrique 4 électrons périphériques liaisons covalentes

9 SEMI-CONDUCTEURS purs ou intrinsèques A la température ambiante : électrons libres + trous d’origine thermique (OG: 10 10 /cm 3 << 10 23 /cm 3 ) Se créent et se recombinent sans cesse (OG durée de vie :  =1  s) + Loi d’action de masse n i : croissance exponentielle en fonction de la température

10 SEMI-CONDUCTEURS purs ou intrinsèques Sous l’effet d’un champ électrique: Les trous se déplacent dans sens du champ Les électrons libres dans le sens inverse +

11 Dopage N  dopage P

12 Concentration en porteurs = f(T)

13 Semi-conducteurs : la diode non polarisée RéalitéModèle

14 Semi-conducteurs : la diode polarisée

15 Diode : caractéristique statique

16 Semi-conducteurs : la diode Avalanche – effet Zéner Si V AK >( > 500 kV/cm) En plus des porteurs minoritaires d’origine thermique, il y en a qui sont arrachés aux atomes dans la zone de déplétion  avalanche et le courant devient indépendant de la tension. Effet Zéner si |V z | < 4V (dV z /dT < 0) Effet d’avalanche si |V z | > 6V (dV z /dT > 0)

17 Semi-conducteurs : la diode comportement dynamique

18 Diode : mise en conduction

19 Diode : blocage

20 Transistor bipolaire de puissance

21 Transistor : caractéristiques statiques

22 Transistor de puissance : points de fonctionnement

23 Transistor : domaine de fonctionnement fiable

24 Thyristor

25

26 Thyristor : caractéristique statique

27 Thyristor : grandeurs caractéristiques

28 Thyristor : caractéristique d’amorçage

29 Thyristor : amorçage Possibilités d’amorçage : courant de gâchette + tension directe dV/dt claquage direct Dynamique d’amorçage: retard à l’amorçage (0,1 à 10 us) nécessité de limiter le di/dt impulsion unique, train d’impulsions

30 Thyristor: mise en conduction

31 Thyristor : blocage t q : 10 à 100 us

32 Influence d’un circuit RC

33 Thyristor : ordres de grandeur Pour un thyristor 300A – 2000V épaisseur pastille : 0.7 mm diamètre pastille : 30 mm t q : 10 à 100 us Q rr : 20 uC pour I = 20A t on : 0.1 à 10 us

34 Triac : constitution

35 Triac : commande

36 GTO : Gate Turn-Off thyristor

37 GTO : commande

38 MOSFET de puissance

39 MOSFET : caractéristiques statique

40 VMOS : schéma

41 Insulated Gate Bipolar Transistor = IGBT

42 IGBT : commande

43 Radiateurs

44 Evacuation de la chaleur (statique)

45 Evacuation de la chaleur (dynamique)

46 Domaines d’utilisation

47 Comparaison entre SC de puissance Le composant idéal : Tenue en tension infinie Tenue en courant infinie Temps de commutation nulle Courant de fuite nul Pertes par commutation et conduction nulles Puissance de commande nulle Faible coût

48 Comparaison entre SC de puissance Le thyristor : Tenues en tension et en courant les plus élevées Tension inverse importante Robuste, bon marché Faibles pertes par conduction Temps de mise en conduction long Courant de fuite nul Ne peut être éteint en agissant sur sa commande

49 Comparaison entre SC de puissance Selon le type de convertisseur: Redresseurs à 50 Hz : thyristors ou diodes Hacheurs et onduleurs : (commutations rapides, pas de tension inverse): transistors bipolaires, IGBT, MOSFET, GTO –Jusqu’à 15 kHz, GTO pour puissance (faibles pertes) –Jusqu’à 100 kHz, transistor bipolaire et IGBT (faibles pertes par conduction) –au-dessus de 100 kHz, MOSFET uniquement