ELECTRONIQUE DE PUISSANCE ELEC032

1
ELECTRONIQUE DE PUISSANCE(ELEC032)

• A.GENON Chargé de Cours
• Montefiore B28, local I157
• AGenon_at_ulg.ac.be

Cours 1er quadrimestre, le vendredi de 8h30 à
10h15 TP second quadrimestre
2
Domaines dutilisation
3
Fonction
SOURCE dénergie électrique
Convertisseur
CHARGE
4
Types de convertisseurs
Autre convertisseur combinaison AC/DC DC/AC
5
Les CONDUCTEURS

• Réseau cristallin liaisons covalentes
  électrons libres (EL) (OG1023 /cm3)

Cristal de cuivre Cristal de titane
6
Les CONDUCTEURS

• Réseau cristallin liaisons covalentes
  électrons libres (EL) (OG1023 /cm3)
• Champ électrique ? force ? déplacement des EL
• EL entrent en collision avec structure qui vibre
  (énergie thermique)? perte dénergie (effet
  JOULE)
• Résistivité OG 10-7 ohmm
• La résistivité diminue avec la température
  (supraconductivité)

7
Les ISOLANTS

• Électrons libres (dorigine thermique) peu
  nombreux à la température ambiante
• (OG de la résistivité 1014 ohmm)
• 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 dorigine thermique (OG 1010/cm3 ltlt
  1023/cm3 )
• Se créent et se recombinent sans cesse
• (OG durée de vie t 1ms)

Loi daction de masse ni croissance
exponentielle en fonction de la température
10
SEMI-CONDUCTEURS purs ou intrinsèques

• Sous leffet dun 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

• Réalité Modèle

14
Semi-conducteurs la diode polarisée
15
Diode caractéristique statique
16
Semi-conducteurs la diode Avalanche effet
Zéner

• Si VAKlt0 et si Emaxgtgt( gt 500 kV/cm)
• En plus des porteurs minoritaires dorigine
  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 Vz lt 4V (dVz/dT lt 0)
• Effet davalanche si Vz gt 6V (dVz/dT gt 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
Thyristor
26
Thyristor caractéristique statique
27
Thyristor grandeurs caractéristiques
28
Thyristor caractéristique damorçage
29
Thyristor amorçage

• Possibilités damorçage
• courant de gâchette tension directe
• dV/dt
• claquage direct
• Dynamique damorçage
• retard à lamorçage (0,1 à 10 us)
• nécessité de limiter le di/dt
• impulsion unique, train dimpulsions

30
Thyristor mise en conduction
31
Thyristor blocage
tq 10 à 100 us
32
Influence dun circuit RC
33
Thyristor ordres de grandeur

• Pour un thyristor 300A 2000V
• épaisseur pastille 0.7 mm
• diamètre pastille 30 mm
• tq 10 à 100 us
• Qrr 20 uC pour I 20A
• ton 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 dutilisation
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
• Jusquà 15 kHz, GTO pour puissance (faibles
  pertes)
• Jusquà 100 kHz, transistor bipolaire et IGBT
  (faibles pertes par conduction)
• au-dessus de 100 kHz, MOSFET uniquement