3.3 Types de convertisseurs
3.3.1 Convertisseurs CC - CC
Les convertisseurs CC-CC sont des circuits
d'électroniques de puissance qui convertissent une tension continue en
un type de tension différent. Il existe différents types de
méthodes de conversion notamment électronique tel que,
linéaires, à découpage, magnétique, capacitif. Pour
la conversion, on utilise généralement de
préférence un convertisseur élévateur continu /
alternatif continu / isolé pour établir la tension continue d'un
niveau à un autre en raison de son rendement élevé et de
son nombre réduit de composants. Les convertisseurs demi-pont Push-Pull
faisant partie des topologies isolées peuvent également
être considérés comme candidats aux
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topologies pour les interfaces EP ; Toutes ces topologies
présentent les avantages d'un rapport de stimulation élevé
et d'une fonction de protection.
Le principal problème du convertisseur push-pull est
qu'une demi-partie du transformateur ne peut pas être enroulée
symétriquement, ce qui résulte de la saturation du transformateur
à pleine charge, rendant son utilisation limitée aux applications
à basse et moyenne puissance (Xu et al., 2004). On le trouve
généralement dans les circuits utilisés pour les
énergies renouvelables dans les applications de charge de batterie. Ils
reçoivent une entrée de tension continue provenant d'une source
d'énergie non contrôlée et non régulée et la
définissent avec une longue application.
Les convertisseurs CC / CC se trouvent principalement dans les
systèmes de charge de batterie PV ou les systèmes à
énergie renouvelable. Son objectif principal est d'optimiser
l'énergie de sortie reçue d'un panneau photovoltaïque (PV),
en utilisant la technique de suivi maximum du point de puissance MPPT (Maximum
Power Point Tracking). Ensuite, le convertisseur garantit que le panneau
photovoltaïque fonctionne à une tension optimale dans toutes les
conditions d'isolation et de température. Le bon rendement de conversion
est à cet égard plus important pour obtenir un gain
d'énergie net, ce qui minimise les pertes.
Pour les sources d'énergie telles que le
photovoltaïque, la puissance de sortie variera de zéro à
l'absence de réception d'énergie soit la nuit ou à pleine
puissance lorsqu'il fait beau. Le convertisseur doit avoir un rendement
élevé dans tout l'intervalle de puissance.
Le convertisseur CC-CC peut gérer le stockage
d'énergie total ; réduire la puissance de la source
d'énergie en contrôlant la tension ou le courant, réduisant
la puissance et devenant ainsi le critère de dimensionnement du
convertisseur continu-continu. Vous trouverez ci-dessous le système de
contrôle du convertisseur CC à CC (Hoff, 2007).
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Figure 3. 1: Système de contrôle de
convertisseur CC - CC. 3.3.1.1 Applications des convertisseurs
CC-CC
Les applications des convertisseurs CC-CC sont les suivantes :
? Les convertisseurs CC-CC peuvent être utilisés
comme convertisseurs bidirectionnels dans le freinage par
récupération des moteurs à courant continu pour restituer
de l'énergie à l'alimentation. Cette caractéristique
permet de réaliser des économies d'énergie pour les
systèmes de transport à arrêts fréquents, tels que
:
- le contrôle du moteur à traction dans les
automobiles électriques ;
- les voitures de chariot ;
- les palans marins ;
- les chariots élévateurs ;
- les transporteurs de mines.
? Ils sont également utilisés dans les
régulateurs de tension continue et également en association avec
une inductance pour générer une source de courant continu, en
particulier lorsqu'il est utilisé pour l'inverseur de source de
courant.
3.3.1.2 La considération de commutation des
convertisseurs DC-DC
Les commutateurs convertisseurs CC-CC peuvent être
implémentés à l'aide des types de commutateurs suivants
:
a) Transistor de jonction bipolaire de puissance (BJT)
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C'est un transistor composé de 2 jonctions PN (ou diodes)
montées dans des directions opposées. En fonction du sens de
montage de ces diodes, nous avons deux types de transistors :
Figure 3. 2: Symbole BJT
b) Transistor à effet de champ semi-conducteur d'oxyde de
métal de puissance (MOSFET)
Figure 3. 3 : symbole MOSFET
MOSFET (Transistor à effet de champ à oxyde
métallique semi-conducteur) et les technologies bipolaires sont les deux
grandes familles d'électronique. Compte tenu de facteurs tels que la
vitesse lors de la commutation, la faible consommation d'énergie, etc.,
la technologie MOS unipolaire est la plus utilisée pour les dispositifs
logiques ou d'électroniques de puissance.
c) Gate Turn Off Thyristors (GTO)
Les thyristors sont des éléments
semi-conducteurs assez similaires à la diode à jonction
utilisée pour le redressement du courant alternatif. Comme la diode, il
fait passer le courant électrique dans un sens, de l'anode (A) à
la cathode (K).
Cependant, le thyristor a une troisième
électrode : la gâchette (G, gate). Le thyristor ne conduira que si
un courant minimum et positif est fourni au déclencheur. On pourrait
résumer en disant que le thyristor est une diode contrôlée
et plus précisément une diode de redressement
contrôlée. Il est désigné par l'acronyme SCR Silicon
Controlled Rectifier.
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Le thyristor ne conduit que lorsqu'il est "amorcé".
L'allumage, par le courant de déclenchement, peut se faire en courant
continu. L'interrupteur de commande doit simplement être fermé
pendant un court instant pour obtenir un courant de déclenchement de
faible valeur. À partir de ce moment, le thyristor est en mode
état et le reste, même après l'ouverture du commutateur. En
pratique, le commutateur est souvent un générateur
d'impulsions.
d) Insulated gate bipolar transistor (IGBT)
Les transistors MOSFET permettent une commutation rapide avec
une commande nécessitant peu d'énergie. Ils ont des chutes de
potentiel élevées et donc des pertes de conduction importantes,
en particulier pour les composants à haute tension. Les transistors
bipolaires ont une très faible chute de tension à l'état
passant en particulier pour les hautes tensions mais ont une commutation lente.
Certains fabricants ont souhaité combiner dans un composant de puissance
les avantages des transistors MOSFET et bipolaires, d'où la
création du composant IGBT. L'IGBT est un dispositif
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de transport mineur construit avec une impédance
d'entrée élevée et une capacité de transport de
courant bipolaire plus grande (Anon, 2018).
La conception de base d'un IGBT est présentée
ci-dessous
Figure 3. 4: Symbole de l'IGBT
Les principaux avantages de l'IGBT par rapport à un
MOSFET de puissance et à un BJT sont présentés ci-dessous
:
1. l'IGBT a une chute de tension à l'état
passant inférieure en raison de sa modulation de conductivité et
une densité de courant à l'état passant supérieure.
Les IGBT sont moins coûteux et faciles à trouver sur le
marché ;
2. la puissance de pilotage est faible et le circuit
conçu est très simple à piloter. Les IGBT sont faciles
à contrôler par rapport à d'autres dispositifs à
commande de courant tels que le thyristor, le BJT dans le cas d'applications
haute tension et de courant ;
3. les IGBT ont une capacité de conduction de courant
supérieure, tandis que les transistors bipolaires ont une
capacité de conduction de courant inférieure avec une excellente
capacité de blocage bidirectionnel (avant et arrière).
Les inconvénients de l'IGBT sont :
1. comparé au MOSFET de puissance, l'IGBT a une
vitesse de commutation inférieure mais supérieure à la
vitesse de commutation du BJT. La traînée du courant de collecteur
à une portée mineure qui ralentit la vitesse de
déclenchement ;
2. en raison de la structure interne du thyristor PNPN,
l'IGBT a une possibilité de verrouillage rapide (Anon, 2018).
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