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Auteur(s)
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François BERNOT : Ingénieur SUPELEC - Professeur des universités à l’École d’ingénieurs de Tour s
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Lire l’articleINTRODUCTION
Les composants électroniques que nous étudions dans cette série d’ouvrages sont souvent considérés comme des interrupteurs parfaits. Mais il serait dommage de nous contenter d’une telle approche car quelques notions de physique du semi-conducteur nous permettront de mieux comprendre les mécanismes de commutation et surtout d’appréhender l’évolution rapide du domaine.
Les développements qui suivent sont basés sur des images simples et n’utilisent jamais de démonstrations de physique théorique. En se limitant à ces aspects élémentaires, les principes fondamentaux sont malgré tout présentés, même si leur justification complète est absente. Nous pourrons alors conclure sur l’évolution probable des semi-conducteurs de puissance, en justifiant concrètement nos propos.
Précisons que nous ne parlons pas des tubes électroniques, qui font désormais partie du passé, puisque seules quelques applications de puissance en radiofréquence en ont encore besoin.
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Choix des composants3. Composants électroniques à commande en tension
Ces composants ont tous la qualité d’avoir une entrée de commande capacitive. Une fois chargé, ce condensateur ne demande donc plus aucun courant. La puissance moyenne de contrôle nécessaire se compte alors en milliwatts et non en watts ; cela simplifie considérablement les structures de drivers (§ 4.1), qui deviennent alors intégrés, en incluant leurs alimentations.
Ces technologies permettent aussi de s’affranchir des circuits de protection en commutation, car ces transistors supportent la pleine tension sous le plein courant, sans second claquage. Le coût des convertisseurs peut alors baisser, pour des performances meilleures. Les toiles d’araignée, constituées par les alimentations auxiliaires, les circuits de commande et de protection disparaissent. Nous en arrivons maintenant au convertisseur intégré, tout silicium, qui s’achète comme un macrocomposant. Les convertisseurs de puissance utilisent donc de plus en plus les composants que nous allons étudier.
Mais ces affirmations ne restent valables que si la fréquence de découpage n’excède pas 40 kHz, car au-delà les condensateurs d’entrée appellent un courant qui croît avec la fréquence de fonctionnement. Les circuits intégrés commercialisés ne sont plus compatibles, les pertes en commutation augmentent trop, alors il faut en revenir aux solutions discrètes d’antan. Heureusement ces problèmes ne concernent qu’une faible classe de convertisseurs : onduleurs à résonance haute fréquence, alimentations embarquées.
3.1 Transistor MOSFET
Précisons que nous ne parlons pas du transistor JFET (Jonction Field Effect Transistor ), qui n’apparaît en version de puissance pour régime de commutation, que dans les applications radiofréquences.
Le transistor MOSFET, comme Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor, peut être considéré comme une résistance variable (canal). Les électroniciens lui trouvent aussi des qualités d’amplification analogique, que nous restreindrons à leur aspect autolimitation du courant. Ce sont les porteurs majoritaires (électrons pour un canal N) de cette résistance qui contrôlent le débit du courant, comme dans un fil de cuivre. Aucune recombinaison de porteur dans une jonction parcourue par un courant n’étant nécessaire au rétablissement du pouvoir de blocage du composant, la vitesse de commutation est très grande. En effet, les diodes qui apparaissent dans la structure ne sont que des éléments parasites, qui...
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Composants électroniques à commande en tension
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - BOSE (B.K.) - Modern Power Electronics and AC drives - . 2001, Prentice Hall.
-
(2) - BUHLER (H.) - Électronique de réglage et de commande - . 1990, Presses Polytechniques et Universitaires Romandes.
-
(3) - BUHLER (H.) - Convertisseurs statiques - . 1991, Presses Polytechniques et Universitaires Romandes.
-
(4) - BUHLER (H.) - Réglage de systèmes d’électronique de puissance - . 1999, Presses Polytechniques et Universitaires Romandes.
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(5) - DALMASSO (J.L.) - Cours d’électrotechnique. 1 : Machines tournantes à courants alternatifs, 1985. 2 : Traitement de l’énergie électrique (convertisseurs statiques) 1984. 3 : Electronique de puissance 1986 - , Belin.
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(6) - MILSANT (F.) - Problèmes d’électronique - . 1996, Ellipses.
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