Méthodes de Conception des Convertisseurs Statiques à Commutation Forcée
Chargée de Cours: Dr.CHERIFI
1
IV.4. Alimentations à découpage
les alimentations à découpage permettent d'obtenir des tensions continues réglables par
hachage du courant. Elles sont aussi nommées variations on convertisseurs de tensions et sont
utilisées chaque fois que l'on cherche:
Un grand rendement électrique,
Un encombrement réduit,
Un poids faible.
Néanmoins elles ont aussi quelques inconvénients :
les composants utilisés doivent avoir des caractéristiques plus critiques : transistors à
faibles pertes aux fréquences de découpage utilisées, condensateurs électrochimiques à
tension de service plus importante et supportant une ondulation importante (modèles à
faibles ESR, noyaux magnétiques à faibles pertes,...) ;
le système d'entrée supporte des contraintes électriques plus importantes (pointes de
tension ou de courant), ce qui peut entraîner sa destruction.
elles génèrent un bruit électromagnétique relativement important, dû au signal
rectangulaire (riche en harmoniques) à la fréquence de découpage. Cette limitation les
rend impropres à certaines applications.
IV.4.1. Convertisseurs dont la charge n'est pas isolée de la source (sans transformateur)
IV.4.1.1. Alimentation avec hacheur série (buck converter)
Ce montage utilise un hacheur série qui doit être alimenté par une source de tension et
débiter sur un récepteur de courant. Il faut donc ajouter une inductance L entre le hacheur
proprement dit et l'ensemble RC
a. Montage
i
D
H
D
U
L
i
C
u
D
C
u
s
U
E
R
Récepteur de courant
Source de tension
i
E
i
H
i
L
L
i
s
Figure (IV.01): Convertisseur Abaisseur de tension
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b. Conduction ininterrompue du courant i
L
pour
Tt
0
, l'interrupteur électronique H est fermé (conduit) et la Diode D bloquée
L'alimentation fournit de l'énergie à la charge et à l'inductance, On a:
smoy
L
E
u
dt
di
Lu
smoyE
L
L
uu
dt
di
Lu
et
ED
uu
(IV.01)
D'ou:
minL
smoyE
L
It
L
uu
i
(IV.02)
pour
TtT
, l'interrupteur électronique H est ouvert (bloqué) et la Diode D passante
l'inductance délivre à la charge de l'énergie précédemment emmagasinée. On a:
smoy
L
u
dt
di
L 0
smoy
L
L
u
dt
di
Lu
et
0
D
u
(IV.03)
D'ou:
U
0
t
t
t
t
i
H
i
D
i
L
i
max
i
min
i
min
i
max
i
Lmax
αT
T
i
Lmin
T
αT
Figure (IV.02): Abaisseur de tension- Conduction ininterrompue
i
H
=i
L
i
H
=0 i
H
=i
L
i
D
=0 i
D
= i
L
i
D
=0
H
D
H
Elément conducteur
0
0
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max
)(
L
smoy
L
ITt
L
u
i
(IV.04)
- Valeurs moyennes
ESmoy
Lmoy
SLD
uu
u
uuu
.
0
(IV.05)
Emoy
LL
Lmoys
cmoy
ScL
I
II
II
I
Iii
2
0
minmax
(IV.06)
- Ondulation crêt à crêt -Choix de l'inductance
Sachant que i
L
(αT)= I
Lmax
et i
L
(T)= I
Lmin
, on trouve:
T
L
uu
III
SmoyE
LLL
minmax
(IV.07)
Avec:
on
tT
,
ESmoy
uu .
Soit:
L
EE
LLL
I
uT
L
L
uT
III
.).1(.).1(
minmax
(IV.08)
IV.4.1.2. Convertisseur élévateur de tension
La structure du convertisseur élévateur de tension ( boost converter) est celle d’un
hacheur parallèle avec lissage de la tension de sortie par un condensateur. Le convertisseur est
à transfert direct d’énergie. La tension d’alimentation U
0
est continue, et on suppose le courant
dans la charge I
S
continu en régime permanent établi. On ne considère ici que le cas de la
conduction ininterrompue du courant i
L
.
a. Montage
L
u
D
i
C
i
s
H
u
H
C
u
s
i
E
=i
L
i
D
Source de courant
Recepteur de tension
D
i
H
u
E
Figure (IV.03) : Convertisseur Elévateur de tension
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b. Conduction ininterrompue du courant i
L
pour
Tt
0
, l'interrupteur électronique H est ouvert (bloqué) et la Diode D passante
L'alimentation fournit de l'énergie à la charge et à l'inductance, On a:
smoy
L
E
u
dt
di
Lu
et
moysH
uu
(IV.09)
D'ou:
maxL
smoyE
L
It
L
uu
i
(IV.10)
pour
TtT
, l'interrupteur électronique H est fermé et la Diode D bloquée. On a:
dt
di
Lu
L
E
et
0
H
u
(IV.11)
D'ou:
min
)(
L
E
L
ITt
L
u
i
(IV.12)
- Valeurs moyennes
1
.
0
E
Smoy
smoyHmoy
Lmoy
SLE
u
u
uu
u
uuu
en posant
1
(IV.13)
Figure (IV.04): Elévateur de tension- Conduction ininterrompue
u
H
0
αT
T
i
H
=0
i
D
=i
L
I
Lmax
i
H
= i
L
i
D
=0
i
H
=0
i
D
=i
L
D
H
D
I
Lmin
i
L
ΔI
L
t
t
Elément conducteur
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Lmoy
LL
s
LL
Dmoy
cmoy
ScD
I
II
I
II
I
I
Iii
).1(
2
).1(
2
0
minmax
minmax
(IV.14)
c. Ondulation crêt à crêt -Choix de l'inductance
Sachant que i
L
(αT)= I
Lmin
et i
L
(T)= I
Lmax
, on trouve:
L
Tu
III
E
LLL
.
minmax
(IV.15)
Soit:
L
E
I
Tu
L
..
(IV.16)
f
Tetuu
u
u
SmoyE
E
Smoy
1
1
1
Alors
1
..
L
smoy
I
Tu
L
IV.4.1.3. Convertisseur inverseur de tension
La structure du convertisseur inverseur de tension (invert, buck-boost converter, fly-
back) est celle d’un hacheur à accumulation inductive d’énergie avec lissage de la tension par un
condensateur. La tension d’alimentation U
E
est continue, et on suppose le courant dans la charge
I
S
continu en régime permanent établi. On ne considère ici que le cas de la conduction
ininterrompue du courant i
L
.
a. Montage
i
H
i
D
D
i
L
H
i
C
L
u
L
C
u
s
u
E
Alimentation
Lissage
Charge
i
s
Figure (IV.05) : Convertisseur inverseur de tension
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b. Conduction ininterrompue du courant i
L
pour
Tt
0
, l'interrupteur électronique H est fermé (conduit) et la Diode D bloquée
L'alimentation fournit de l'énergie à l'inductance, On a:
E
L
L
u
dt
di
Lu
(IV.17)
D'ou:
minL
E
L
It
L
u
i
(IV.18)
pour
TtT
, l'interrupteur électronique H est ouvert (bloqué) et la Diode D passante
l'inductance délivre à la charge de l'énergie précédemment emmagasinée. On a:
smoy
L
u
dt
di
L 0
smoy
L
L
u
dt
di
Lu
(IV.19)
D'ou:
max
)(
L
smoy
L
ITt
L
u
i
(IV.20)
- Valeurs moyennes
1
.
).1(.
E
SmoysmoyELmoy
u
uuuu
(IV.21)
Figure (IV.06): Inverseur de tension- Conduction ininterrompue
i
H
=i
L
i
H
=0 i
H
=i
L
i
D
=0 i
D
= i
L
i
D
=0
H
D
H
u
L
αT
I
Lmax
I
Lmin
i
L
ΔI
L
t
t
T
u
E
0
0
Elément conducteur
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Lmoys
LL
Dmoy
cmoy
ScD
II
II
I
I
Iii
)1(
2
)1(
0
minmax
(IV.22)
EmoysLmoy
LL
Emoy
III
II
I
1
2
minmax
(IV.23)
c. Ondulation crêt à crêt -Choix de l'inductance
Sachant que i
L
(αT)= I
Lmax
et i
L
(T)= I
Lmin
, on trouve:
L
E
Smoy
E
LLL
I
Tu
LT
L
u
T
L
u
III
..
)1(
minmax
(IV.24)
