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Auteur(s)
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Jacques LECLERCQ : Ingénieur de l’École des Hautes Études Industrielles et de l’Institut Supérieur des Matériaux et de la Construction Mécanique - Licencié ès Sciences - Chef de Service à la Société GEC ALSTHOM Transport (Établissement de Villeurbanne)
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Lire l’articleINTRODUCTION
La fabrication des composants semiconducteurs de puissance, éléments de base des convertisseurs, nécessite la mise en œuvre successive de divers procédés. Les couches de concentrations variées en impuretés de dopage, nécessaires à la formation des jonctions, peuvent être obtenues, en partant du matériau de base 1.1, soit par la formation d’une surcouche de composition appropriée, soit par diverses techniques d’introduction des impuretés 1.2. Puis, après traitement de la surface et préparation des prises de connexion 1.3, le composant est généralement encapsulé dans un boîtier 1.4, afin d’être intégré aisément dans un convertisseur.
Chacun sait que tous les dispositifs électriques en fonctionnement sont le siège de pertes d’énergie qui se manifestent par la production de chaleur. Celle‐ci doit être évacuée pour éviter que la température des composants n’atteigne des valeurs intolérables. Après un rappel succinct des lois de base de la thermique 2.1 et 2.2 sont décrits les principaux systèmes de refroidissement utilisés dans les convertisseurs électroniques de puissance 2.3, avant de conclure sur le calcul des échauffements 2.4.
Les convertisseurs électroniques de puissance sont, par nature, des constituants des équipements de distribution d’énergie électrique, dans lesquels ils assurent une fonction particulière de réglage progressif d’une ou plusieurs grandeurs de sortie (courant, tension, fréquence...). Aussi leur réalisation s’apparente‐t‐elle, dans une large mesure, à celle de ces équipements 3.
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Technologie des composants semiconducteurs de puissance3. Réalisation des convertisseurs
3.1 Généralités
Les convertisseurs électroniques de puissance sont, comme on l’a dit dans l’introduction, des éléments constitutifs des équipements de distribution d’électricité, dans lesquels ils assurent une fonction particulière de réglage progressif d’une ou plusieurs grandeurs de sortie (courant, tension, fréquence...). Aussi, leur technologie de réalisation est, dans une grande mesure, apparentée à celle de ces équipements auxquels ils sont intégrés ou juxtaposés.
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Selon leur puissance, la partie strictement électronique des convertisseurs de puissance se présente sous la forme d’un ou de plusieurs blocs destinés à être fixés sur des barreaux, sur une paroi ou posés sur un support.
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Un bloc comporte les semiconducteurs de puissance et leur environnement rapproché de refroidissement (radiateurs à air ou à eau), d’aide à la commutation (résistances, condensateurs et inductances de faible valeur), de protection (fusibles, écrêteurs...), de commande (transformateurs d’impulsions, amplificateurs de commande rapprochée...), le câblage interne et les moyens de connexion externe (borniers, plages de raccordement, broches, prises multiples débrochables, etc.).
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Pour les petites puissances, ce bloc peut également renfermer, sous la forme d’un ou de quelques circuits imprimés, l’ensemble de l’électronique de commande nécessaire à son fonctionnement.
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En cas de ventilation forcée, il porte, en général, le ou les ventilateurs nécessaires à cette fonction et/ou les moyens de raccordement à des gaines.
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Pour être utilisés, ces blocs sont associés à des matériels électrotechniques plus conventionnels (transformateurs de puissance, inductances de lissage, condensateurs de filtrage, sectionneurs, fusibles, disjoncteurs, contacteurs). Du matériel annexe assurant la fonction de distribution d’énergie vers des charges auxiliaires (pompes, ventilateurs) et des circuits de surveillance et de protection peuvent également y être associés.
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