Synthèse fonctionnelle des interrupteurs dans la cellule de commutation

Ce dossier fait suite au dossier [D 3 075] qui présente les objectifs de l'électronique de puissance, les notions de dipôle passif, actif et de source, ainsi que les règles de connexion des sources et la notion de cellule de commutation.

Dans ce dossier sur la commutation, nous proposons une démarche systématique orientée vers la synthèse des interrupteurs d'une cellule de commutation utilisée pour effectuer un transfert d'énergie contrôlé entre deux sources d'énergie complémentaires. Nous étudions les liens entre caractéristiques statiques des interrupteurs et réversibilités intrinsèques des sources, d'une part, et entre caractéristiques dynamiques et gestion des échanges d'énergie, d'autre part.

Nous montrons d'abord, au paragraphe 1, que l'obligation d'une commutation « rapide » des interrupteurs de la cellule (quelques dizaines de nanosecondes à quelques microsecondes selon les structures d'interrupteurs électroniques) rend extrêmement délicate voire dangereuse toute tentative de commutation complémentaire de leur résistivité. En effet, de par la dispersion inévitable des retards dans la commande et au niveau des interrupteurs eux-mêmes (retards intrinsèques et seuils), la conduction ou le blocage simultanés même fugitif des deux interrupteurs est susceptible de provoquer une surintensité ou une surtension inacceptable. Le paragraphe 1 traite ainsi des principes fondamentaux de la commutation qu'il convient de connaître pour mettre en œuvre une cellule de commutation « commandée » en respectant les relations fondamentales de causalité entre les interrupteurs. Sur la base de ces principes, le paragraphe 2 présente la synthèse fonctionnelle des interrupteurs de la cellule. Cette synthèse prendra en compte toutes les configurations de réversibilité électrique des sources raccordées et des modes de commande. Au terme des paragraphes  et , l'ensemble des mécanismes de commutation de la cellule seront établis et caractérisés sur le plan qualitatif.

Il restera alors à voir comment gérer les contraintes résultant de la commutation, ce qui sera l'objet du dossier [D 3 077]. Y seront décrits les moyens mis en œuvre pour les interrupteurs actifs lors de cette commutation qui seront éventuellement fort différents de ceux requis par ceux qui ne font que subir cette commutation mais s'avèrent finalement les plus contraints. On montrera enfin qu'à l'exception des hacheurs non réversibles, ce problème se rencontre pratiquement dans tous les convertisseurs et notamment dans les onduleurs qui sont au cœur de ce dossier.