Les convertisseurs d'énergie statiques : les hacheurs

Résumé du document

Les hacheurs sont les convertisseurs statiques continu-continu permettant de fabriquer une source de
tension continue variable à partir d'une source de tension continue fixe. La figure 4-1 rappelle le schéma de
principe du hacheur.

Figure 4-1. Schéma de principe du hacheur.

Il est évident que le procédé le plus simple pour transformer une tension continue de valeur fixe en une tension continue réglable est le montage en potentiomètre diviseur de tension

[...] les montages potentiométriques sont utilisés uniquement en électronique de faible puissance (quelques Watts maximum). En électronique de puissance, on fera systématiquement appel à des hacheurs.
On distingue plusieurs types de hacheurs, les deux types de base (que nous nous proposons d'étudier ici) étant le montage série et le montage parallèle.
Le principe consiste à interrompre périodiquement l'alimentation de la charge par la source. Ce principe est illustré par le schéma de la figure 4-3.

[...] 3. Hacheurs série et parallèle
Comme on l'a dit en introduction, les hacheurs sont des convertisseurs statiques qui sont alimentés par des
sources de tension continue et produisent aux bornes d'une charge une tension unidirectionnelle de valeur moyenne réglable. On peut imaginer un grand nombre de dispositifs électroniques réalisant cette fonction. On se contentera ici d'indiquer les types de montages les plus utilisés ainsi que quelques applications. Ces montages utiliseront des interrupteurs unidirectionnels statiques qui seront représentés par le symbole de la figure 4-5. (...)

Extraits

[...] Le hacheur parallèle est constitué de la diode D2 et de l'interrupteur I2. La machine fonctionne en moteur lorsqu'elle est alimentée par le hacheur série (D2 reste toujours bloquée car U > ud et I2 est maintenu ouvert). La machine fonctionne en génératrice (phase de freinage) et alimente la source U (batterie par exemple) lorsque le hacheur parallèle est utilisé (D1 est toujours bloquée car lorsque I2 est fermé VD1 = 0 et lorsque I2 est ouvert D2 est passante et VD1 = ; I1 est maintenu ouvert). [...]

[...] La source fournit de l'énergie à l'inductance l. Lorsque l'interrupteur I est ouvert, l'étage de sortie charge) reçoit de l'énergie de la source et de l'inductance l. Pour l'analyse en régime permanent présentée ici, le condensateur de filtrage C a une valeur de capacité suffisamment élevée pour que l'on puisse considérer la tension disponible en sortie constante : ud ( t ) = U d 0 Chp-4 - 50 - Université de Savoie Licence EEA Module U6 Énergie et convertisseurs d'énergie Enfin on distingue deux modes de fonctionnement selon que le courant dans l'inductance l ( i l ( t ) ) est interrompu ou non Fonctionnement à courant de source ininterrompu Pour 0 [...]

[...] T On définit également le temps pendant lequel l'interrupteur est fermé par : Chp-4 - 47 - Université de Savoie Licence EEA Module U6 Énergie et convertisseurs d'énergie t OFF = T t ON Hacheurs série et parallèle Comme on l'a dit en introduction, les hacheurs sont des convertisseurs statiques qui sont alimentés par des sources de tension continue et produisent aux bornes d'une charge une tension unidirectionnelle de valeur moyenne réglable. On peut imaginer un grand nombre de dispositifs électroniques réalisant cette fonction. On se contentera ici d'indiquer les types de montages les plus utilisés ainsi que quelques applications. Ces montages utiliseront des interrupteurs unidirectionnels statiques qui seront représentés par le symbole de la figure 4-5. T Figure 4-5. Symbole de l'interrupteur unidirectionnel. [...]

[...] Dans la suite, seul le régime permanent est étudié Hacheur série (abaisseur de tension) Le schéma de principe du hacheur série est donné à la figure 4-6. On considère l'interrupteur I et la diode D parfaits. La charge est par exemple un moteur à courant continu. i T U D ud id lc ul Rc Ec Charge Figure 4-6. Hacheur série. Le fonctionnement du convertisseur se déduit de l'analyse du comportement de l'interrupteur I. à I est enclenché (passant) pendant un temps αT , alors : ud ( t ) = U entre αT et T (αT [...]

[...] Boucle de régulation du hacheur. A est un amplificateur différentiel qui va servir à amplifier l'écart entre la tension moyenne désirée U d 0 d et la tension moyenne effectivement disponible. Cette tension d'écart Vdiff sera ensuite comparée à une tension en dent de scie de période T afin de générer la tension de commande de l'interrupteur VCTRL comme le montre la figure 4-15. Lorsque Vdiff >VDS : VCTRL = +Vcc , l'interrupteur I est commandé à la fermeture (état ON). [...]