Analyse de circuits électronique de puissance.pptx

Module : Analyse de circuits Electronique de Puissance, Formateur: Hicham OUMNIH
15/06/2023
M16: Analyse De Circuits Electroniques De Puissance
1
L’objectif de ce module est de faire acquérir les connaissances relatives aux
semi-conducteurs spéciaux en électronique de puissance tels que les
thyristors, les photo-thyristors, leurs circuits d’amorçages et leur utilisation,
aux vérifications ainsi que remplacement des composants défectueux. Ce
module vise donc à rendre le stagiaire apte à dépanner des circuits
électroniques de puissance.

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Chapitre1: Thyristor -SCR-
2
Un thyristor est un interrupteur électronique semi-conducteur à l'état solide constitué
de quatre couches, alternativement dopées N et P. C'est un des composants essentiels
de l'électronique de puissance.
1-1. Définition:
1. Introduction:

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1-2. Notations:

Le thyristor est un composant à semi-conducteur commandable :
G
A
K
VAK
IG
IA
2. Fonctionnement:
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Module : Analyse de circuits Electronique de
Puissance, Formateur: Hicham OUMNIH

Il peut être à l’état :
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• Le thyristor possède deux états de fonctionnement
Etats Conditions
Amorçage Le courant anodique IA doit être positif
La gâchette doit recevoir un courant impulsionnel positif
Blocage Le blocage est obtenue par l’annulation du courant IA

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2-1. Amorçage du thyristor:
D’une façon générale, la méthode d’amorçage des SCR consiste à faire en sorte
que le courant de gâchette IG devienne supérieur au IGT, le courant d’amorçage
garanti.
On peut y arriver par:
 un courant continu de gâchette,
 une impulsion de courant de gâchette,
 un train d’impulsions de courant de gâchette.
RL
RG
24 V
+
-
G
A
K

Tout processus de commutation comporte quatre phases:
• L’amorçage (turn-on)
• L’état conducteur (on state)
• Le désamorçage (turn-off)
• L’état bloqué (off state)
• Lorsqu’un SCR conduit, les principales caractéristiques à considérer sont le courant
maximum It et le courant minimum ou courant de maintien IH .
• Pour un SCR bloqué, il faut tenir compte principalement de la tension maximale qu’il
peut supporter en direct, c’est la tension de retournement ou « Breakover Voltage »
UBo et en inverse, c’est la tension d’avalanche UBR (R).
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7

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2-1. Désamorçage du thyristor:
La technique de commutation par
interruption de courant est illustrée à la
Figure en face. Dans les deux montages,
si on maintient SW1 fermé pendant un
temps supérieur au Ton du SCR, ce
dernier amorce et la DEL s’allume. Pour
bloquer le SCR, il suffit d’actionner
SW2 pendant un temps supérieur à Toff.
La charge est désalimentée au moment
où on presse SW2 du circuit a) et au
moment où on relâche SW2 dans le
circuit b).
+15V
SW
1
SW
2
680
R
3k3
1k
+15V
680
R
3k3
1k
SW1
SW2
a b

Exercices 01: on considère le circuit de la figure suivante qui contient un thyristor
Possédant les caractéristiques suivantes : RL
RG
24 V
+
-
•ITM = 12 A (courant maximal que peut faire passer le thyristor « entre A et K » de façon continue) ;
•IH = 6 mA (courant minimal qu’il faut passer « entre A et K» pour que le thyristor reste en conduction) ;
•IGT = 5 mA (courant de gâchette nécessaire pour amorcer le thyristor) ;
•IGM = 2 A (courant maximal que peut supporter la gâchette) ;
•VT = 1,7 V (chute de tension aux bornes de l’anode et la cathode du thyristor à l’état passant) ;
•VGT = 0,7 V (tension de gâchette nécessaire pour produire IGT) ;
Quelles conditions doivent satisfaire les résistances RL et RG pour que le thyristor
puisse s’amorcer lorsqu’on appuie sur le bouton poussoir et rester amorcé
lorsqu’on le relâche ?
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15/06/2023
10
Exercice 02:

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11
Exercice 03:

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12
Exercice 04:

Chronogramme de la tension VAK: On dénombre trois tensions dans la maille
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3. Fonctionnement du thyristor en régime alternatif:

thyristor
Soit le montage :
t(ms)
40
VE
20
0
V
E
230V
t(ms)
IG
0
VL
t(ms)
0
La lampe reste éteinte
VL =0 IA=0
Pas de courant de
gâchette IG = 0
3. Fonctionnement du thyristor en régime alternatif: Essai 1
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Soit le montage :
t(ms)
40
VE
20
0
t(ms)
IG
0
VL
t(ms)
0
IG
VL
V
E
230V
IA
la lampe s’allume faiblement
VL > 0 IA > 0
courant de gâchette IG > 0
présent à 6,7ms du début
de l’alternance
6,7 26,7
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Soit le montage :
t(ms)
40
VE
20
0
t(ms)
IG
0
VL
t(ms)
0
IG
VL
V
E
230V
IA
la lampe s’allume VL >
0 IA > 0
Courant de gâchette IG > 0
présent à 5ms du début de
l’alternance
5 25
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Soit le montage :
t(ms)
40
VE
20
0
t(ms)
IG
0
VL
t(ms)
0
IG
VL
V
E
230V
IA
la lampe s’allume
fortement VL > 0 IA > 0
courant de gâchette présent à
2,5ms du début de l’alternance
2,5 22,5
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Soit le montage :
t(ms)
40
VE
20
0
t(ms)
IG
0
VL
t(ms)
0
IG
VL
V
E
230V
IA
L’allumage est maximal VL
> 0 IA>0
courant de gâchette présent
au début de l’alternance
IA <O alors cette impulsion
est inutile
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3.1 Angle d’amorçage
thyristor
t(ms)
40
VE
0 20
6,7 26,7


VL
2
Rappel:
La période d’un signal sinusoïdal correspond toujours à un angle de 2 radians soit 360° .
On appelle angle d’amorçage le retard avec lequel le thyristor sera amorcé par rapport au début
de l’alternance positive du signal commandé.
Ce retard peut être donné en durée () et en ouverture d’angle ().
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Si l’angle est proche de 0 le thyristor va conduire dès le début de l’alternance positive
voir essai 5.
Si l’angle est proche de  le thyristor a peut de temps pour s’amorcer et conduira
un signal de valeur efficace plus faible essai 2 ci-dessous
VE
20
0 6,7
 =
=6,7ms
VL
2
3
2
T=20ms
t(ms)
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3.2 Calcul d’angle d’amorçage:
On désire connaître la valeur de l’angle d’amorçage pour l’essai 2 pour y
parvenir voici deux méthodes
 = 6,7ms = 0,0067s alors
rad
1
,
2
02
,
0
0067
,
0
2







 

T
2
: angle d’amorçage en radians
: écart de temps en seconde
T: période du signal d’entrée en seconde
: pulsation en rad/s
Méthode 1 : application de la formule
VE
20
0 6,7
 =2,1 rad
=6,7ms
VL
2
T=20ms
t(ms)
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On sait que 2 équivaut à une période
T du signal et qu’il en est de même
pour  et . On peut écrire l’égalité
ensuite on calcule le rapport
puis on écrit
Et enfin on intervertit  et le résultat
Le résultat sera gardé sous forme de fraction



 120
3
360
3
2

Méthode 2 : par égalité des rapports
3
7
,
6
20



T


 T

2
3
2



3
2
 
VE
20
0 6,7
 =
=6,7ms
VL
2
3
2
T=20ms
t(ms)
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Exercice d’application:
Calculer les angles d’amorçages et de conductions pour les essais 3 et 4
Remarque :
Ne pas confondre angle d’amorçage
 et angle de conduction . L’angle
de conduction représente la durée
sur laquelle le thyristor est amorcé
 =  - 
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Documents constructeurs
Ces documents donnent toutes les caractéristiques du composant:
Le tableau « Major Ratings » ou « Maximum Ratings » donne les valeurs à ne
pas dépasser sous peine de destruction du composant.
G
A
K
VD
IGT
IT
Valeur efficace du courant anodique à ne pas dépasser
Courant de gâchette maximal
Nous allons repérer certaines valeurs caractéristiques du thyristor 2N5204-07
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Documents constructeurs
Ce tableau donne la signification des lettres présente en indice
Exemple: ITSM signifie courant anodique du thyristor accidentel à ne pas dépasser
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Chapitre 2: DIAC
26
Le diac est une diode bidirectionnelle: elle peut être bloquée ou passante dans
les deux sens, selon le sens du courant alternatif. Son rôle essentiel est de servir
au déclenchement d'un triac.
1-1. Définition:
1. Introduction:

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Un diac est en quelque sorte deux diodes qui auraient la même cathode.
Le diac ne conduit pas le courant tant que sa tension nominale n'est pas atteinte.
Cette tension (breakover voltage, en anglais) se situe, suivant le modèle, vers 32
ou 40 V.
Lorsque cette tension est atteinte, il se produit un phénomène de conduction en
avalanche et la tension de seuil du composant chute aux alentours de 5 V (valeur
typique). Le courant qui traverse le diac est alors suffisant pour déclencher un
triac.
2. Principe de fonctionnement:

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3. Applications:

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 Provoquer des impulsion de courant et tension
 Soit le montage suivant:
lorsque l’interrupteur est ouvert, le condensateur va
donc se charger. Nous avons donc un déphasage
entre ce courant et la tension source

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Lorsque l’interrupteur est fermé:
Quand le potentiel Uc à atteint le seuil VBR, le diac se met en conduction ce qui permet le
passage du courant de charge.
Noter que lorsque le diac conduit, c’est le potentiel du condensateur qui est appliqué sur le
diac et que ce dernier se décharge puisque c’est lui qui fournit le courant de charge. Une fois
le seuil de blocage atteint Ve, le diac se bloque. Le condensateur ne devant plus fournir de
courant à la charge, il reprend une charge en fonction de la tension de la source jusqu’au
prochain pallier de conduction du diac.

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On peux donc conclure que les oscillations de tension du condensateur
provoquent, au niveau de la charge, des impulsions de tension et de courant.
Le nombre d’impulsions par demi-alternance dépendra de la valeur des éléments
du montage.

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Question:
1. comment s’amorce un DIAC ?
2. le courant dans le DIAC est-il unidirectionnel ou bidirectionnel ?

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Chapitre 3: TRIAC
34
Le triac est un composant électronique équivalent à la mise en parallèle de
deux thyristors montés tête-bêche (l'anode de l'un serait reliée à la cathode de l'autre,
les gâchettes respectives étant commandées simultanément).
1-1. Définition:
1. Introduction:

15/06/2023 35
Vu qu'il se comporte comme deux thyristors sont "montés tête-bêche", celui-ci laisse
donc passer le courant dans les deux sens, il est donc bidirectionnel. C'est le
composant privilégié pour une utilisation en alternatif. Il possède trois broches,
« A1-A2 » Ou « MT1 et MT2 » (anodes) et Gâchette (Gate).
2. Principe de fonctionnement:

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•Sachant cela, il reste à connaitre les points suivants pour comprendre comment un
triac peut être amorcé:
- Le triac s'amorce (devient passant) quand la tension entre les anodes A1 et A2
dépasse une certaine valeur appelée tension d'amorçage. La valeur de cette tension
d'amorçage est fortement réduite quand une tension est appliquée sur la gachette.
- L'état passant du triac persiste tant que le courant circulant entre les anodes A1 et A2
ne descend pas en dessous d'une certaine limite appelée courant de maintien
- La sensibilité du triac (courant de Gâchette IGT) dépend parfois du quadrant dans
lequel on le fait fonctionner

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3. Exemples de sensibilité de triacs

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1) Dans le montage de base qui suit, la tension de commande est continue, et la tension
commutée (celle qui alimente la charge quand le triac est passant) est alternative.
4. Fonctionnement en continu ou en alternatif ?

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Le fonctionnement d'un tel système est simple :
Quand l'interrupteur SW1 est fermé, la lampe L1 s'allume, et cette dernière s'éteind
dès l'instant ou SW1 est à nouveau ouvert.
Mais il est tout à fait possible d'utiliser le triac pour commuter une charge sous une tension
continue basse, par exemple 24 V, c'est ce que montre le schéma de base suivant.

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5- Application:
Variateur de lumière (gradateurs de lumière)

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Exercice 1: Soit le schéma suivant

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Chapitre 4: Transistor unijonction -UJT-
43
Un transistor unijonction (souvent appelé UJT, d'après le sigle anglais
"UniJonction Transistor") est une sorte de transistor qui n'est composé que d'une
seule jonction. Il possède trois connexions mais une seule jonction (d'où son
nom). Ses trois électrodes sont nommées E (émetteur), B1 (base 1) et B2 (base 2).
1-1. Définition:
1. Introduction:

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Si l 'on alimente avec une tension Vbb le barreau de silicium (B1 et B2), on retrouve un
pont diviseur de tension et l 'on retrouve au point de connexion m de la cathode de la
diode une tension ayant la valeur suivante : VRb1= ( Vbb*Rb1 ) / ( Rb1+Rb2 )
Le rapport Rb1/(Rb1+Rb2) est une constante il est noté n (rapport intrinsèque) ce
rapport varie entre 0.5 et 0.8 en général.
2. Fonctionnement

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-Si la tension VE est inférieure à la tension (VRb1 + 0.7v), alors la diode est en inverse.
- Si la tension VE est supérieure à la tension (VRb1 + 0.7v), alors la diode devient
passante et il circule un courant de E vers B1. La résistance Rb1 diminue fortement et
le courant augmente dans les mêmes proportions.
Cas d’un CA

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 Que ce passe t'il si nous réalisons le montage suivant :
3. Application: -Oscillateur-

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Dès que l 'interrupteur i sera fermé, un faible courant circulera dans le transistor via
RB2-RB1 et également un courant qui traversera la résistance R de 10kohm pour
charger le condensateur C de 1 µF. Aux bornes du condensateur la tension va croître
selon la courbe de charge que nous avons déjà étudiée. Dès que la tension Uc est
supérieure au seuil que nous avons détaillé auparavant ( VS+n(U1)) alors la diode
devient passante et un courant important circule dans la résistance interne RB1.
- Le condensateur vient de se décharger rapidement dans la résistance R1, la tension
au borne de celui-ci est pratiquement nulle, la jonction E-RB1 du transistor se bloque,
la diode n'est plus passante et le courant décroît dans la résistance R1, de même que la
chute de tension au borne de R1 ( Ur1). Nous allons retrouver aux bornes de R1 et de
C des impulsions ayant la forme du graphique ci-après
- Le condensateur se recharge et le cycle recommence. Les impulsions de sorties
pourront par exemple commander la gâchette d 'un thyristor.

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Période d’oscillation (sec)
(F=1/T)

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15/06/2023 52

15/06/2023 53

15/06/2023
Chapitre 5: Transistor Unijonction Programmable
-PUT-
54
Le transistor unijonction programmable est constitué par un dispositif semi-
conducteur PNPN à trois jonctions et à trois électrodes de sortie (anode cathode
et gâchette d’anode).
1-1. Définition:
1. Introduction:

15/06/2023 55
Le montage du PUT peut être représenté par un circuit équivalent tel que celui illustré à la figure ci-
dessous.
Ce dispositif présente une caractéristique tension-courant semblable à celle de l’UJT.
La gâchette d’anode est polarisée à la tension VG par l’intermédiaire du pont de résistance constitué par R1
et R2. Lorsque la tension VA est inférieure à la tension VG, la diode anode-gâchette d’anode est polarisée
en inverse et le PUT n’est traversé que par un très faible courant de fuite.
2. Fonctionnement

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Lorsque la tension d’anode VA devient supérieure à la tension de gâchette VG, d’une valeur égale
à environ 0.5 V, un courant circule dans l’anode et la gâchette et déclenche brusquement le
thyristor cela a pour effet de réduire la résistance entre la gâchette et la cathode à une très faible
valeur (de l’ordre de 10 Ohms). Il se produit un effet de résistance négative c'est-à-dire que le
courant d’anode IA augmente alors que la tension d’anode VA diminue jusqu’à une valeur
minimale appelée tension de vallée. Le courant d’anode nécessaire au déclenchement est le
courant de pic Ip ; ce courant est d’autant plus faible que la résistance RG est grande.
A l’état passant, la source de tension Vs fournit, à travers Rg, un courant égal à :

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Dans l’oscillateur relaxateur à PUT de la figure dessous, la tension de la gachette est fixée par
l’intermédiaire du diviseur de tension constitué par R1 et R2. Cette tension de cachette détermine la
tension de pic. Lorsque la tension aux bornes du condensateur C atteint la valeur e pic, le PUT laisse
passer le courant, le condensateur se décharge brusquement et une impulsion apparaît aux bornes de
Rk. Lorsque la tension Vc atteint la valeur de vallée, le PUT se bloque et le cycle recommence.
3. Application: -Oscillateur relaxateur PUT-

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15/06/2023
Chapitre 6: Photothyristor & Opto-triac
59
Le photothyristor est dérivé directement du SCR. Il est souvent désigné par son
abréviation LASCR qui signifie en anglais Light Activated SCR. C’est ni plus ni moins un
SCR qui peut être amorcé par lumière. Il peut être amorcé soit par la lumière, soit par une
impulsion électrique à la gâchette.
1-1. Définition:
1. Photothyristor :

15/06/2023 60
La lumière qui atteint la photodiode crée un courant entre les deux électrodes de base
des transistors. Si l’énergie lumineuse est suffisante, la photodiode génère le courant
de gâchette nécessaire pour amorcer le LASCR.
1.2. Fonctionnement

15/06/2023 61
Un signal de commande est appliqué aux bornes de la DEL qui constitue un dispositif d'entrée. Ce
signal électrique est transformé en signal lumineux que le LASCR transforme à son tour sous forme
d'un signal électrique. L'optocoupleur réalise ainsi une isolation électrique entre le signal d'entrée et le
signal de sortie. L'un des premiers avantages des optocoupleurs réside dans la simplicité d'interface,
qu'ils permettent de mettre en place, entre deux circuits alimentés par des sources distincts.
1.3 Application: -optocoupleurs à sortie LASCR-

15/06/2023 62
Un opto-triac est un montage qui intègre un triac et une LED. La mise en œuvre de ce
dispositif est des plus simples, puisqu'il suffit d'appliquer un niveau positif basse tension
sur la LED de l'opto-triac, qui commande à son tour le triac.
2-1. Définition:
2. Opto-triac :

15/06/2023 63
L'opto-triac fait donc figure d'interface, en quelque sorte, entre le circuit de commande et le circuit
commandé. On peut donc le comparer à un interrupteur. Ce composant offre une isolation galvanique entre
la partie "commande" et la partie "puissance".
 On utilise des opto-triacs pour les applications suivantes:
- Interface entre un composant d'électronique de puissance et son circuit de commande
- Optocoupleur à sortie TRIAC
2.2 Application: -fabrication des optocoupleurs-

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