[PDF] Electronique de puissance: 23 juil. 2018 2 sujets

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UEENER2a-Conversiond'énergie2a(4ECTS)

Leprésentdocumentcontient:

Ͳlediaporamadececoursen2parties:

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Séance1:

Séance2:

Séance3:

Séance3,5:

Partie2:Composantsde

Séance5:

Séance6:

Séance7:

B. Multon ENS Rennes1

Alimentations à découpage

- Alimentations électroniques - Structures forward - Structure flyback

Composants de l'électronique de puissance

- Semi-conducteurs de puissance - Composants magnétiques - Condensateurs

Électronique de puissance

Master Ingénierie des Systèmes Complexes

(M1 S1 2017-2018)

UE Conversion d'énergie 2a

Bernard MULTON

Département de Mécatronique - Ecole Normale Supérieure de Rennes 2

Alimentations à découpage

- Introduction, alimentations électroniques - Structures forward - Structure flyback

Composants de l'électronique de puissance

- Semi-conducteurs de puissance - Composants magnétiques - Condensateurs

B. Multon ENS Rennes3

Principales sources d'énergie électrique

Sources de tension alternatives(mono ou triphasées) : Exemples : -monophasé: domestique 110 V-60 Hz, 230 V-50 Hz traction ferroviaire 25 kV-50 Hz , 15 kV-16 Hz 2/3 -triphasé50 Hz : 400 V, 690 V... 400 kV 40 MW
HTB: > 50 kV, réseau de transport 63, 90 kV : P max

100 MW

225 kV et 400 kV : P

max

400 MW et plus

Ne pas oublier que la plage à tolérance

assez élevée des valeurs efficaces :

230 V +/-10%

B. Multon ENS Rennes4

Sources de tension continues:

à l'origine les "sources » électrochimiques (piles et accumulateurs) mais aussi des générateurs électromécaniques, ou plus récemment, des systèmes de générationseux-mêmes associés à des convertisseurs électroniques de puissance

Exemples : Piles : 1,5 V ...

Accumulateurs : 1,2 V (NiCd et NiMH) par élément + multiples

2 V (plomb-acide)

3,6 V (lithium), variantes entre 2,1 V à 3,8 V

Applications automobiles : 14 V

(6 éléments au plomb maintenus en charge) Applications télécom : 48 V (secours 24 éléments au plomb ) Réseaux ferroviaires : tram, métros : 750 V (500 à 900 V) trains : 1500 V, 3000 V... (réseaux aujourd'hui réalisés via des sous-stations convertissant un réseau alternatif en continu via des convertisseurs électroniques...)

B. Multon ENS Rennes5

Alimentations électroniques

Conversionde la tension d'une source d'entrée

alternative (ex. 230 V - 50 Hz) ou continue (ex. 1,5 V) en une tension de sortie continue régulée(ex. 5 V) => régulateurs à découpage (hacheurs : buck, boost, buck-boost...)

Switching regulators :

Lorsque la tension d'entrée est alternative ou continue et qu'il y a besoin d'isolation galvanique entre entrée et sortie et/ou que l'écart de tension est élevé, => alimentations à découpage (forward, flyback...) (switching mode power supplies)

B. Multon ENS Rennes6

Alimentations électroniques

Partie puissance: semi-conducteurs de puissance, condensateurs et composants magnétiques (transformateur, inductance...) Partie commande: modulation de largeur d'impulsion (PWM), asservissement pour maintenir la ou les tension(s) de sortie constante(s)

malgré les variations du courant de sortie et de la tension d'entréeAlimentations à découpage (switch mode power supplies) :

Lorsque la tension d'entrée est continue ou alternative, qu'il y a besoin d'isolation galvaniqueentre entrée et sortie et/ou que l'écart de tensionest relativement élevé(> 3 à 5) DC in

Source images :

https://electronics.stackexchange.com/

B. Multon ENS Rennes7

Alimentations électroniques

Une large palette d'applications (avec 1 ou plusieurs sorties): - appareils électroniques portables ou non (TV, PC...) - adaptateurs secteurs - éclairages modernes (fluorescent, LEDs) - Alimentations diverses :

Télécom

Serveurs informatiques

Soudure

B. Multon ENS Rennes8

Alimentations à découpage

- Introduction, alimentations électroniques - Structures forward - Structure flyback

Composants de l'électronique de puissance

- Semi-conducteurs de puissance - Composants magnétiques - Condensateurs

B. Multon ENS Rennes9

Principe des structures forward (transfert direct) Utilisation d'un transformateur pour adapter le niveau de tension et/ou pour isoler

Structure en demi-pont asymétrique :

Schéma équivalent du transformateur à fréquence élevée (effets résistifs négligés) :

B. Multon ENS Rennes10

Structure forward en demi-pont asymétrique à vide

Formes d'onde à vide (I

o = 0 et i 2 = 0) K H K L D L D H

Į T

i = i 1 T v 1

Condition de démagnétisation complète

(annulation de i

à chaque cycle) :

i I

2Į T

oeAEÔë L....

B. Multon ENS Rennes11

Structure forward en demi-pont asymétrique :

Formes d'onde en charge : superposition avec le fonctionnement à vide K H K L D L D H D 2 D RL

Į .T

Į .T

i 01

Į .T

Į .T

I o i 2 12

Structure forward en demi-pont asymétrique :

Comportement identique à celui d'un hacheur série (buck), avec un rapport de transformation m et un rapport cyclique limité à ½ K H K L D L D H D 2 D RL Ondulation de courant dans l'inductance de lissage :

Ondulation de tension de sortie :

m.V I V o m.V I

Zone de conduction discontinue

(inductance de lissage)

Zone de conduction continue

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