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Terminale STI Génie Mécanique

Hacheur série

HACHEUR SERIE

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1. Introduction

1.1. Définition et symbole

Un hacheur série est un convertisseur statique qui, à partir d'une source de tension continu constante, permet le transfert et le contrôle de l'énergie vers une charge, en maintenant aux bornes de celle-ci une tension à valeur moyenne réglable :

Tension continu fixe → Tension à valeur moyenne réglable

La source : générateur idéal de tension.
La charge : récepteur fonctionnant en régime continu variable.

Symbole :

Symbole du hacheur

1.2. Deux interrupteurs électroniques (rappels)

1.2.1. Le transistor bipolaire en commutation

Le transistor bipolaire est un composant électronique semi-conducteur construit généralement dans un bloc de Silicium. Il comporte 3 zones : soit deux zones N et une zone P, il s'agit alors d'un transistor NPN ; soit deux zones P et une zone N, il s'agit alors d'un transistor PNP.

Symboles :

Symboles du transistor

Par la loi des nœuds, nous pouvons écrire : iE = iB + iC
Mais comme généralement : iB << iC alors iE ≈ iC

Nous nous limiterons à l'étude du transistor idéal en commutation.

Caractéristique de transfert :

Caractéristique de transfert du transistor

Courant et tension sont unidirectionnels positifs.
Le transistor en commutation est soit bloqué, il se comporte comme un interrupteur ouvert entre les bornes C et E ; soit saturé, il se comporte comme un interrupteur fermé entre les bornes C et E.

L'état du transistor est déterminé par la valeur du courant de base iB :

  • Etat bloqué  :

    Le transistor est bloqué si le courant de base est nul : iB = 0.
    Le courant iC est nul.
    La tension vCE est alors imposé par le reste du circuit.
    Le transistor se comporte comme un interrupteur ouvert entre les bornes C et E :

    Transistor ouvert
  • Etat saturé :

    Le transistor est saturé si le courant de base est supérieur au courant de saturation du transistor (valeur donnée par le constructeur) : iB > iBsat.
    Alors la tension vCE est nulle.
    La valeur de l'intensité du courant de collecteur iC est imposée par la charge.
    Le transistor se comporte comme un interrupteur fermé entre les bornes C et E :

    Transistor fermé

Conclusion : Le transistor bipolaire est un interrupteur électronique commandable à l'ouverture et à la fermeture : l'utilisateur peut toujours choisir l'état de l'interrupteur et ceci grâce aux courant de base, appelé courant de commande. Il est unidirectionnel : le courant de collecteur ne peut circuler que dans un seul sens.

1.2.2. La diode à jonction

La diode à jonction est un composant électronique semi-conducteur construit généralement dans un bloc de Silicium. Elle comporte 2 zones : une zone P, l'anode et une zone N, la cathode.

Symboles :

Symbole de la diode à jonction

Nous nous limiterons à l'étude de la diode idéale.

Caractéristique de transfert de la diode

La diode est passante lorsque le reste du circuit tend à imposer une tension positive aux bornes de la diode (tension directe). Elle se comporte alors comme un interrupteur électronique fermé idéal (vD = 0).

La diode est bloquée lorsque le reste du circuit impose une tension négative aux bornes de la diode (tension inverse), le courant dans la diode est alors nul. Elle se comporte comme un interrupteur ouvert.

Conclusion : L'état de la diode dépend du reste du circuit : la diode n'est pas un interrupteur commandable. La diode est unidirectionnelle : le sens positif de circulation du courant ne peut être que celui fléché.

Bibliographie et sites web associés à cette page :

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