Fiche de révision : Composants de l’électronique de puissance

📋 Plan du Cours

1. Régimes et types de commutation
2. Interrupteur idéal
3. Diode de puissance
4. Thyristor commandé
5. Transistors de puissance
6. Interrupteurs synthétisés et choix

📖 1. Régimes et types de commutation

🔑 Notions clés & Définitions

• Régime statique : Le régime statique distingue l’état passant, dans lequel l’interrupteur est conducteur ou fermé avec une résistance très faible $R = 0$, et l’état bloqué, dans lequel il est ouvert avec une résistance très grande $R \to \infty$.
• Régime dynamique : Le régime dynamique correspond à la commutation entre l’état fermé et l’état ouvert, lors d’une mise en conduction ou d’un blocage.

📝 Points essentiels

📌 Une commutation commandée dépend d’une électrode de commande supplémentaire, tandis qu’une commutation spontanée dépend uniquement des éléments du circuit externe et est naturelle.

💡 Astuce mémo

Passant = fermé et conducteur ; bloqué = ouvert et isolant

📖 2. Interrupteur idéal

🔑 Notions clés & Définitions

• Interrupteur idéal : Un interrupteur idéal bloque des tensions directes ou inverses de valeur arbitraire avec un courant nul à l’état ouvert et conduit des courants de valeur arbitraire avec une chute de tension nulle à l’état fermé.

📝 Points essentiels

• Un interrupteur idéal commute instantanément entre ses deux états sans perte d’énergie et sa commande nécessite une puissance nulle.

📖 3. Diode de puissance

🔑 Notions clés & Définitions

• Diode : La diode est un semi-conducteur élémentaire constitué d’une seule jonction PN et se comporte idéalement comme un interrupteur unidirectionnel en courant et en tension.

📝 Points essentiels

• La diode se ferme lorsque sa tension directe atteint une tension de seuil positive $v_D = v_0 > 0$, puis son courant est imposé par le reste du circuit.

📌 La diode s’ouvre dès que le courant qui la traverse s’annule et reste ouverte lorsque $i_D \leq 0$, tandis que sa tension peut alors prendre des valeurs élevées imposées par le circuit.

💡 Astuce mémo

Tension directe positive → conduction ; courant nul ou négatif → blocage

📖 4. Thyristor commandé

🔑 Notions clés & Définitions

• Thyristor : Le thyristor est un semi-conducteur à trois jonctions muni d’une anode, d’une cathode et d’une électrode de déblocage appelée gâchette.

★ À maîtriser

• Le thyristor est unidirectionnel en courant mais bidirectionnel en tension.

• Lorsque $v_T > 0$, une impulsion de courant $i_G$ dans la gâchette amorce le thyristor et le ferme, après quoi la gâchette perd son pouvoir de contrôle.

📌 Une fois amorcé, le thyristor se bloque et s’ouvre lorsque $i_T \leq 0$, quel que soit le signe de sa tension.

Compléments

• En l’absence de courant de gâchette, le thyristor reste ouvert quel que soit le signe de sa tension.

💡 Astuce mémo

Tension positive → impulsion de gâchette → amorçage → courant nul → blocage

📖 5. Transistors de puissance

🔑 Notions clés & Définitions

• Transistor de puissance : Un transistor de puissance est un interrupteur commandé à deux segments de même signe, doté d’une électrode de commande permettant de provoquer presque instantanément son changement d’état.

★ À maîtriser

• Les transistors étudiés sont le MOSFET, transistor à effet de champ métal-oxyde-semiconducteur, et l’IGBT, transistor bipolaire à grille isolée.

📌 Dans le cas du MOSFET, le transistor se ferme lorsque $v_{GS} > V_{th} > 0$ et cette tension doit être maintenue pendant toute la conduction, sans courant de grille $i_G$.

📌 Dans le cas du MOSFET, le transistor s’ouvre lorsque $v_{GS} < V_{th}$.

Compléments

• Le MOSFET et l’IGBT sont tous deux unidirectionnels en tension et en courant.

💡 Astuce mémo

MOSFET et IGBT : commande de grille, conduction maintenue par la tension

📖 6. Interrupteurs synthétisés et choix

★ À maîtriser

• Un interrupteur à trois segments peut être synthétisé en associant un transistor MOSFET ou IGBT avec une diode.

📌 Une association en série d’un transistor et d’une diode permet d’obtenir une réversibilité en tension.

📌 Une association antiparallèle d’un transistor et d’une diode permet d’obtenir une réversibilité en courant et constitue le transistor dual.

📐 Formule — La fréquence de découpage d’un composant vérifie $f = \frac{1}{T}$, où $T$ est la période de découpage.

📌 En général, on recherche une fréquence de découpage élevée, mais plus la puissance nominale $P_n$ du convertisseur augmente, plus la fréquence de découpage diminue.

Compléments

• Le transistor dual est utilisé dans les hacheurs réversibles et les onduleurs de tension.

💡 Astuce mémo

Association série → réversibilité en tension ; association antiparallèle → réversibilité en courant

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des interrupteurs