QCM : Composants de l’électronique de puissance — 20 questions

Questions et réponses du QCM

1. Que caractérise le régime statique d’un interrupteur idéal ?

Il décrit la transition entre l’état ouvert et l’état fermé lors d’une commutation.
Il distingue l’état passant, de résistance R=0R = 0, et l’état bloqué, de résistance R→∞R \to \infty.
Il dépend d’une électrode de commande qui provoque le changement d’état du composant.
Il associe un courant nul à l’état fermé et une tension nulle à l’état ouvert.

Il distingue l’état passant, de résistance $$R = 0$$, et l’état bloqué, de résistance $$R \to \infty$$.

Explication

Le régime statique décrit les états établis : l’état passant est assimilé à une résistance nulle et l’état bloqué à une résistance très grande. La transition entre ces deux états relève du régime dynamique, et non du régime statique.

2. Lorsqu’un interrupteur passe de l’état ouvert à l’état fermé, quel régime décrit cette transition ?

La commutation spontanée, car toute fermeture résulte du circuit extérieur.
Le régime dynamique, car il correspond au passage entre deux états établis.
Le régime bloqué, car l’interrupteur conserve une résistance très élevée.
Le régime statique, car il caractérise l’état conducteur après la fermeture.

Le régime dynamique, car il correspond au passage entre deux états établis.

Explication

Le régime dynamique correspond à la commutation entre l’état ouvert et l’état fermé, notamment lors d’une mise en conduction. Le régime statique décrit plutôt l’état atteint après la transition.

3. Quelle différence distingue une commutation commandée d’une commutation spontanée ?

La commutation commandée dépend du circuit externe, tandis que la commutation spontanée utilise une électrode supplémentaire.
La commutation commandée impose une résistance nulle, tandis que la commutation spontanée impose une résistance infinie.
La commutation commandée concerne un état établi, tandis que la commutation spontanée décrit une transition dynamique.
La commutation commandée utilise une électrode supplémentaire, tandis que la commutation spontanée dépend du circuit externe.

La commutation commandée utilise une électrode supplémentaire, tandis que la commutation spontanée dépend du circuit externe.

Explication

Une commutation commandée est provoquée par une électrode de commande supplémentaire. Une commutation spontanée se produit naturellement sous l’action des éléments du circuit externe.

4. Quel comportement décrit un interrupteur idéal lorsqu’il est ouvert ou fermé ?

Ouvert, il impose une tension nulle avec un courant nul ; fermé, il bloque le courant tout en conduisant la tension.
Ouvert, il supporte une tension limitée avec un courant faible ; fermé, il présente une chute de tension élevée.
Ouvert, il supporte une tension arbitraire avec un courant nul ; fermé, il conduit un courant arbitraire sans chute de tension.
Ouvert, il conduit un courant arbitraire sans tension ; fermé, il bloque une tension arbitraire avec un courant nul.

Ouvert, il supporte une tension arbitraire avec un courant nul ; fermé, il conduit un courant arbitraire sans chute de tension.

Explication

À l’état ouvert, l’interrupteur idéal bloque des tensions directes ou inverses arbitraires et le courant est nul. À l’état fermé, il conduit des courants arbitraires avec une chute de tension nulle.

5. Quelles propriétés caractérisent la commutation d’un interrupteur idéal ?

Elle est instantanée, sans perte d’énergie, et sa commande demande une puissance nulle.
Elle est progressive, dissipative, et sa commande demande une puissance proportionnelle au courant.
Elle est instantanée, dissipative, et sa commande demande une puissance élevée pendant la transition.
Elle est progressive, sans perte d’énergie, et sa commande demande une puissance nulle.

Elle est instantanée, sans perte d’énergie, et sa commande demande une puissance nulle.

Explication

Le modèle idéal suppose une commutation instantanée et sans perte d’énergie, avec une commande de puissance nulle. Une transition progressive ou dissipative correspondrait davantage au fonctionnement réel.

6. Quelle description correspond à une diode de puissance idéale ?

C’est un assemblage de plusieurs jonctions PN qui se comporte comme un interrupteur bidirectionnel.
C’est une jonction PN unique qui conduit les tensions dans les deux sens avec un courant commandé.
C’est un composant à deux jonctions qui bloque le courant dans les deux sens selon une commande externe.
C’est une jonction PN unique qui se comporte comme un interrupteur unidirectionnel en courant et en tension.

C’est une jonction PN unique qui se comporte comme un interrupteur unidirectionnel en courant et en tension.

Explication

Une diode est un semi-conducteur élémentaire formé d’une seule jonction PN et possède un comportement unidirectionnel idéal. L’interrupteur idéal général, lui, n’est pas limité à une conduction unidirectionnelle.

7. Dans quel cas une diode de puissance se met-elle en conduction ?

Elle se ferme lorsque sa tension inverse atteint le seuil positif vD=v0>0v_D = v_0 > 0, puis le circuit annule son courant.
Elle se ferme lorsque sa tension directe atteint le seuil positif vD=v0>0v_D = v_0 > 0, puis le circuit impose son courant.
Elle se ferme dès que sa tension directe devient négative, puis sa jonction fixe le courant traversant.
Elle se ferme lorsque son courant devient nul, puis elle impose elle-même la valeur de sa tension directe.

Elle se ferme lorsque sa tension directe atteint le seuil positif $$v_D = v_0 > 0$$, puis le circuit impose son courant.

Explication

L’amorçage de la diode intervient lorsque sa tension directe atteint la tension de seuil positive indiquée. Après cette fermeture, la valeur du courant dépend du reste du circuit, et non d’une imposition indépendante par la diode.

8. Quelle condition provoque l’ouverture d’une diode et que devient alors sa tension ?

Elle s’ouvre lorsque son courant s’annule et reste ouverte pour iD≤0i_D \leq 0 ; sa tension peut alors être imposée à une valeur élevée par le circuit.
Elle s’ouvre lorsque sa tension directe atteint le seuil positif et reste conductrice pour iD≤0i_D \leq 0 ; sa tension devient nulle.
Elle s’ouvre lorsque son courant devient fortement positif et reste ouverte pour iD>0i_D > 0 ; sa tension est fixée par la diode.
Elle s’ouvre lorsque sa tension inverse devient nulle et reste conductrice pour iD=0i_D = 0 ; sa tension ne peut plus varier.

Elle s’ouvre lorsque son courant s’annule et reste ouverte pour $$i_D \leq 0$$ ; sa tension peut alors être imposée à une valeur élevée par le circuit.

Explication

Le blocage se produit lorsque le courant de diode s’annule, et la diode demeure ouverte lorsque iD≤0i_D \leq 0. Dans cet état, sa tension peut atteindre des valeurs élevées déterminées par le circuit externe.

9. Quel élément distingue le thyristor d’une diode en matière de commande ?

Une jonction supplémentaire commandant sa tension
Une électrode auxiliaire imposant son extinction
Une grille isolée permettant de régler son courant
Une gâchette permettant de provoquer son amorçage

Une gâchette permettant de provoquer son amorçage

Explication

Le thyristor possède une gâchette, qui est l’électrode de déblocage utilisée pour commander son amorçage. La diode ne comporte pas d’électrode de commande équivalente.

10. Quelle combinaison décrit correctement le comportement électrique du thyristor ?

Courant et tension bidirectionnels
Courant bidirectionnel et tension unidirectionnelle
Courant unidirectionnel et tension bidirectionnelle
Courant et tension unidirectionnels

Courant unidirectionnel et tension bidirectionnelle

Explication

Le thyristor laisse circuler le courant dans un seul sens, mais il peut supporter une tension de l’un ou l’autre signe. Le rendre conducteur ne signifie donc pas que son courant devient bidirectionnel.

11. Dans quelle condition une impulsion de gâchette peut-elle amorcer un thyristor ?

Lorsque vT>0v_T > 0 après suppression de iGi_G
Lorsque vT<0v_T < 0 et qu’un courant iGi_G est appliqué
Lorsque vT=0v_T = 0 sans courant de gâchette
Lorsque vT>0v_T > 0 et qu’un courant iGi_G est appliqué

Lorsque $$v_T > 0$$ et qu’un courant $$i_G$$ est appliqué

Explication

L’amorçage nécessite une tension positive vTv_T et une impulsion de courant dans la gâchette. Après l’amorçage, la gâchette ne conserve plus son pouvoir de contrôle.

12. Quand un thyristor déjà amorcé se bloque-t-il ?

Lorsque iT≤0i_T \leq 0, quel que soit le signe de sa tension
Lorsque le courant de gâchette devient négatif
Lorsque vT≤0v_T \leq 0, quelle que soit la valeur de son courant
Lorsque la tension de gâchette devient nulle

Lorsque $$i_T \leq 0$$, quel que soit le signe de sa tension

Explication

Un thyristor amorcé s’ouvre lorsque son courant devient nul ou négatif, indépendamment du signe de sa tension. Une variation de la gâchette ne commande plus directement cette extinction.

13. Quelle propriété caractérise un transistor de puissance utilisé comme interrupteur ?

Il change d’état spontanément dès que sa tension change de signe
Il conduit dans deux sens grâce à une jonction de commande
Il nécessite un courant de charge permanent dans son électrode principale
Il possède une électrode de commande qui change presque instantanément son état

Il possède une électrode de commande qui change presque instantanément son état

Explication

Le transistor de puissance est un interrupteur commandé : son électrode dédiée permet de provoquer presque instantanément le changement d’état. Cette commande le distingue d’un composant à commutation spontanée comme la diode.

14. Quels sont les deux types de transistors de puissance étudiés ?

L’IGBT et la diode
Le transistor bipolaire et le thyristor
Le thyristor et le MOSFET
Le MOSFET et l’IGBT

Le MOSFET et l’IGBT

Explication

Les deux transistors considérés sont le MOSFET et l’IGBT. Le MOSFET est à effet de champ, tandis que l’IGBT est un transistor bipolaire à grille isolée.

15. Pour fermer un MOSFET, quelle condition doit être satisfaite pendant la conduction ?

Maintenir vGS>Vth>0v_{GS} > V_{th} > 0 sans courant de grille iGi_G
Maintenir vGS<Vthv_{GS} < V_{th} avec un courant de grille iGi_G
Appliquer une tension de grille négative et constante
Imposer vGS=0v_{GS} = 0 avec une tension de seuil positive

Maintenir $$v_{GS} > V_{th} > 0$$ sans courant de grille $$i_G$$

Explication

Le MOSFET se ferme lorsque la tension grille-source dépasse le seuil positif, puis cette condition doit être maintenue durant la conduction. La grille ne consomme toutefois pas de courant iGi_G dans le modèle étudié.

16. Que se passe-t-il dans un MOSFET lorsque vGS<Vthv_{GS} < V_{th} ?

Le transistor se ferme
Le transistor s’ouvre
Le transistor inverse le sens du courant
Le transistor devient un thyristor

Le transistor s’ouvre

Explication

La diminution de vGSv_{GS} sous la tension de seuil provoque l’ouverture du MOSFET. Le franchissement du seuil commande donc son état de conduction.

17. Comment synthétiser un interrupteur à trois segments ?

En associant deux diodes montées en série
En associant un transistor MOSFET ou IGBT avec une diode
En associant deux thyristors montés en parallèle
En associant une résistance avec un transistor bipolaire

En associant un transistor MOSFET ou IGBT avec une diode

Explication

Un interrupteur à trois segments peut être réalisé par l’association d’un transistor MOSFET ou IGBT et d’une diode. Cette combinaison étend les possibilités de réversibilité par rapport à un composant seul.

18. Quelle réversibilité obtient-on en associant en série un transistor et une diode ?

Une réversibilité en tension
Une suppression de toute réversibilité électrique
Une réversibilité en courant
Une réversibilité simultanée en tension et en courant

Une réversibilité en tension

Explication

Le montage en série du transistor et de la diode permet d’obtenir une tension réversible. Le montage antiparallèle est celui qui est associé à la réversibilité en courant.

19. Quel est l’effet d’une association antiparallèle d’un transistor et d’une diode ?

Elle fournit une réversibilité en tension et forme un thyristor
Elle fournit une réversibilité en courant et forme le transistor dual
Elle impose une commande sans électrode et forme un interrupteur spontané
Elle bloque les courants de signes opposés et forme une diode

Elle fournit une réversibilité en courant et forme le transistor dual

Explication

L’association antiparallèle rend le courant réversible et constitue le transistor dual. Elle ne correspond donc pas à l’association série, qui est liée à la réversibilité en tension.

20. Un convertisseur possède une période de découpage de 20 μs20\ \mu\text{s}. Quelle est sa fréquence de découpage ?

50 kHz50\ \text{kHz}
200 kHz200\ \text{kHz}
20 kHz20\ \text{kHz}
0,05 kHz0{,}05\ \text{kHz}

$$50\ \text{kHz}$$

Explication

La fréquence vaut f=1Tf = \frac{1}{T}, donc une période de 20 μs20\ \mu\text{s} donne f=50 kHzf = 50\ \text{kHz}. La valeur 20 kHz20\ \text{kHz} correspondrait à une confusion entre période et fréquence.

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Qu'est-ce que le régime statique en commutation ?

C'est l'état passant ou bloqué avec résistance très faible ou très grande.

Que caractérise le régime dynamique en commutation ?

La commutation entre état fermé et ouvert lors d'une mise en conduction ou blocage.

Quelle différence principale existe entre commutation commandée et spontanée ?

La commutation commandée utilise une électrode de commande supplémentaire.

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