A/ Hacheurs dévolteurs :
1/ Principe :
Il existe un grand nombre de montages de hacheurs dévolteurs qui fonctionnent selon diverses méthodes de commutation. Le principe de base repose sur le circuit suivant :
Le circuit est construit autour d’un interrupteur I à amorçage et blocage commandés (Thyristor avec circuit d’extinction, transistor bipolaire, transistors MOS ou IGBT…) et un interrupteur à blocage et amorçage spontanés (diode D).
La charge est constituée par la résistance R. Les éléments L et C forment un filtre dont le but est de limiter l'ondulation résultant du découpage sur la tension et le courant de sortie. Si ces éléments sont correctement calculés, on peut supposer que is et vs sont continus (on néglige l'ondulation résiduelle).
Le cycle de fonctionnement, de période de hachage T (T=1/f), comporte deux étapes : Lors de la première, on rend le transistor passant et la diode, polarisée en inverse, est bloquée. Cette phase dure de 0 à αT, avec α compris entre 0 et 1. Le coefficient α est appelé rapport cyclique. Lors de la seconde, on bloque le transistor. La diode devient passante. Cette phase dure de αT à T.
2/ Formes d’ondes en conduction continue :
En cas de conduction continue, le courant de sortie est suffisamment fort de telle sorte que le courant dans l’inductance ne s’annule jamais même avec l’ondulation due au découpage.
· La valeur moyenne de la tension de sortie est Vs=α E (la tension moyenne aux bornes d’une bobine est nulle).
· Le courant IL ondule autour de sa valeur moyenne Is (la valeur moyenne du courant dans le condensateur est nulle). Son ondulation crête à crête est donnée par : ΔIL=E.α.T(1-α)/L. On constate que l’ondulation de courant sera d’autant plus faible que l’inductance sera importante (appelée inductance de lissage). De plus, en augmentant la fréquence de découpage, on diminuera encore cette ondulation. Il faut cependant garder à l’esprit que les pertes par commutation dans l’interrupteur augmentent avec la fréquence (penser à adapter le radiateur à la fréquence de découpage).
· L’ondulation de tension ΔVc est calculée en intégrant la composante variable du courant iL entre les instant d’annulation du courant ic. ΔVc=1/C ∫iL dt.
On constate que l’ondulation de tension décroît plus rapidement avec la fréquence que l’ondulation de courant. De plus, cette ondulation sera d’autant plus faible qu’inductance et capacité seront élevées. Il faut noter que les évolutions de l’ondulation de la tension de sortie sont des portions de paraboles si le courant ic est supposé triangulaire.
3/ Formes d’ondes en conduction discontinue :
En cas de conduction discontinue, le courant de sortie moyen est positif mais en raison de sa faible valeur moyenne, l’ondulation du courant dans l’inductance IL peut amener ce dernier à s’annuler.
La valeur moyenne de la tension de sortie est donnée par : Vs=E.α/αE . L’angle αE qui détermine la durée d’extinction du courant iL dépend de la valeur du courant Is (plus Is est grand plus αE l’est aussi).
Pour un convertisseur parfait, on peut écrire que Vs.Is=E.IT ou IT est la valeur moyenne du courant iT. Or IT=(tON/T)ILmax/2=α.ILmax/2 et ILmax=αT(E-Vs)/L. On en déduit que : Vs.Is=E.α.(E-Vs).αT/2L Il vient alors Is=α2 (E-Vs)E/(2LfVs). (1)
La courbe Is(Vs) correspond à des portions d’hyperboles. En conduction continue, la tension de sortie Vs=αE est indépendante de Is, la courbe Vs(Is) correspond à des droites horizontales selon la valeur de α. La courbe séparant la zone de conduction continue de la zone de conduction discontinue est obtenue en associant les équations (1) et (2) :
Is=α2(E-Vs) E/(2LfVs) =α(E-Vs)/2Lf donc Is=(E-Vs)Vs/2LfE.
Cette courbe de forme parabolique est appelée courbe de conduction critique :
4/ Emploi d’un filtre LC en amont :
Le courant iT débité par le générateur est discontinu (iT=iL pour 0<t<tON et iT=0 pour tON<t<T). Ceci peut causer de graves perturbations pour le hacheur et la source de tension. Ainsi on est amené à rendre ce courant sensiblement constant. Pour ce, on place un filtre LC en amont du hacheur.
Ce filtre est conditi**onné par
Pour réduire la taille des éléments réactifs utilisés, on doit augmenter la fréquence d’emploi du hacheur. Or cette fréquence ne peut dépasser une limite correspondant à la fréquence maximale de commutation des interrupteurs (transistors, Thyristors…). Ainsi on utilise la structure de hacheurs entrelacés qui sont utilisés dans le domaine de grandes puissances (locomotives…)
Les trois hacheurs fonctionnent sur la même fréquence de découpage et sont régulièrement décalés les uns par rapport aux autres. L’ensemble (Générateur E + Filtre LoCo) fonctionne alors comme un hacheur unique mais dont la fréquence est trois fois plus grande que celle d’un hacheur élémentaire.
5/ Circuits de désamorçage :
L’amorçage des thyristors alimentés en courant continu ne présente pas de difficulté particulière. Par contre, leur désamorçage nécessite des circuits supplémentaires de blocage.
Il existe de nombreux dispositifs hacheurs qui se différencient les uns des autres par leur circuit de blocage. Le rôle de ce circuit est de forcer l’extinction du thyristor principal à la fin du temps de conduction. La figure représente un hacheur dévolteur dont le thyristor principal Th1 est bloqué à l’aide d’un thyristor auxiliaire et d’un circuit LC.
Pour permettre au condensateur de se charger M(+) et N(-), le thyristor Th2 doit être amorcé le premier, alors Th1 est à l’état bloqué. Lorsque le condensateur est chargé, le thyristor Th2 se bloque spontanément par annulation de courant. Quand Th1 est amorcé, le courant circule dans la charge, et le condensateur se charge dans l’autre polarité à travers L et D. Lorsque le thyristor Th2 est amorcé, une tension négative est appliquée sur Th1 par le condensateur ; il se bloque alors. Le cycle recommence.
très intéressant
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