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Pertes en commutation et conduction
- Parfaite (théorique) en vert : transition nulle !
- Tension aux bornes du contact en bleu
- Intensité traversant le contact en violet
- Pertes par conductionAucun contact n'est parfait : une résistance subsiste mais elle doit être négligeable
Pour un transistor de commutation c'est soit sa résistance RdsON (mosfet), soit sa tension CE en marron en bas - Pertes par commutationLa pointe est ≃ égale à la puissance du circuit fermé divisée par 4 car les courbes de tension et d'intensité se croisent à leur demie valeur.
Comme on ne peut diminuer cette pointe, on va s'attacher à limiter la largeur du triangle ainsi formé, car il représente l'énergie. Pour cela, on utilisera des bascules rapides !, les pointes rouges
Comme il est impossible de diminuer la pointe, (liée à U et I), on diminue au maximum le temps de transitionEn bleu, le signal parfait, en gris la période t, en rouge le temps de commutation, en vert le temps 0 ou 1 :
Il apparaît clairement que le ratio tc (temps de commutation : pertes Joule) en rouge est inacceptable au milieu (près de ≃ 50% !).
Alors qu'il est en vert acceptable en bas (< à 10%) avec des composants très rapides !
Fréquence de découpage
Pour les alimentations :
Les plus miniatures (chargeurs de smartphones...) dépassent les 100 kHz et arrivent au MHz.
A l'opposé, les alimentations de quelques kilowatts vont descendre jusqu'à 50 kHz : des ultrasons, au-dessus de ce que l'oreille entend (20 kHz).
Pour les convertisseurs variateurs de quelques dizaines de kW à quelques MW :
Leur découpage devient audible et va de quelques centaines d'Hz à quelques kHz.
Avantages d'une fréquence élevée
- Inaudible, plus compacte, plus légère
- Taille minimale des composants passifsCondensateurs :
C = (I × t) / U : quand la fréquence ↗, t ↘ (t = 1 / f) et donc la capacité C en Farad est inversement proportionnelle à la fréquence.
Ex : 10 000 µF à 50 Hz, 10 µF à 50 kHz !
Inductance : E = – L × (ΔI / Δt) ⇒ E est fixe, si t diminue : L diminue là aussi proportionnellement !
Inconvénients
- Composants rapidesEn bleu, le signal parfait, en gris la période t, en rouge le temps de commutation, en vert le temps 0 ou 1 :
Il apparaît clairement que le ratio tc (temps de commutation : pertes Joule) en rouge est inacceptable au milieu (près de ≃ 50% !).
Alors qu'il est vert acceptable en bas (< à 10%)
Ce qui implique des composants très rapides, comme les MOSFET. En forte puissance, on utilise surtout des IGBT, plus lents ; depuis quelques années, des MOSFET au carbure de silicium (SiC), rapides et puissants, équipent par exemple des voitures électriques., plus rares et plus chers en forte puissance - Bruit électronique : CEM Compatibilité électromagnétique
- Pertes de puissance pour les onduleursLorsque le signal reste impulsionnel, onduleurs, convertisseur variateurs pour moteurs asynchrones...
Les pertes dans les inductances des câbles de liaison et les bobines du moteur deviennent problématiques !
Mauvaises Ondes
