mardi 2 août 2016

호흡기의 기관은 무엇입니까?

호흡기의 기관은 무엇입니까?
호흡기는 협력 일련의 요소로 구성된다.

    
코와 입 : 호흡기로 공기의 항목이 코와 입에 있습니다.
    
인두 : 그것은 코 사이와 trachée.Il이 개폐 호흡기, 기관, 소화 기관, 식도를 제어 할 수있는 후두와 긴밀하게 작동합니다.
    
후두는 : 음식이 소화 기관에 전송하는 동안 그것은기도에 대한 액세스를 닫습니다.
    
기관은 다음 기관지 폐에 공기를 이끈다. 이는 직경 약 20 mm이다.
    
기관지 이러한 왼쪽 및 오른쪽으로 이동하는 두 개의 튜브 직경 약 12​​ mm로하고, 각각의 폐 공기 세기관지 이어질.
    
세기관지 : 직경 약 0.5 mm를 측정 분지 튜브. 세기관지는 폐포에 공기를지도한다.
    
폐포는 소형 공기 주머니 직경 약 0.2 mm. 인간의 폐는 약 3 억 셀을 포함한다. 가스 교환은 폐포에 있습니다.
    
폐 : 기관지, 세기관지와 폐포를 포함 흉부 기관. 인간은 두 개의 폐, 하나의 왼쪽과 한 권리를 가진다. 폐는 다이어프램을 기반으로 흉곽에 의해 보호됩니다.
    
다이어프램은 : 몸은 근육 조직을 형성했다. 다이어프램 계약, 그것은 호흡 시스템에 공기의 영감을 발생합니다. 그가 이완 할 때, 공기 호흡기를 호기있다.

スタティックコンバーター

静電変換器静的変換の概要 背景静止型変換器は、高効率の電気エネルギーを治療し、次の機能を確保するための体制のパワー半導体を切断用いた電気回路です。•変換:DC源およびその逆からの交流電圧を生成します。•規制:変数ソースから負荷への定電力。•適応:高電圧電源から低電圧負荷に供給し、その逆。パワーエレクトロニクスの目的
私たちの研究活動は、電気エネルギーの変換の主な問題をカバーし、セルのスイッチングの概念の理論的および実験的アプローチの組み合わせに基づいています。グループは、並列化と並列化によって全部又は一部を重複し、一連のネストされた細胞を切り替えるのオリジナルアレンジを含む多細胞構造の新しいコンバータの平均および高電力(MWへキロワット)の研究に特化磁気カップリングのための革新的なデバイス。単独でまたは混合考えこれらの構成は、幅広いニーズにフィルタリングのコストを低減するために、マルチ波高い見掛け周波数のフォームを生成するために利用されます。•非常に低い電源電圧(50Vへ10V)でのアプリケーションのための:並列化細胞、•非常に高い電源電圧(>キロボルト)および/または高電流(> 500A)を持つアプリケーションのために:ネストとオーバーレイ細胞。これは、設計段階でこれらの分野に固有の制約を統合します。これらの新しい変換構造の検証は、すべての内部状態変数の観察と管理のための具体的な開発速度、アナログとデジタルのコントロールが必要です。これは、接続の問題、熱、3次元アセンブリとコントローラ(ASIC、FPGA)の統合を処理することを意味し、大きな電力レベルでの実験的な実現を通して体系的に通過します。コシミュレーションと最適化シミュレーションツールは、使用に適応し、全体的な設計段階と開閉制御(PWM)で最良の妥協点を決定するために結合されています。この方法は、特に3DPHIプログラムでコンパクトなコンバータの設計のために実装されています。これらの研究は、新しい構造のセキュアは、フォールトトレラントな特性につながる回路のトポロジーに関連する電力部品とそれらの故障モードの堅牢性に作業によって補完されています
スタティックコンバーター:定義と例


スタティックコンバーター:定義と例
静的変換器は、電気機械で最初に与えられconvertissant.Les電力変換器で受信機に電源を調整するためのシステムである行われたmécaniquement.Avecに半導体の外観を結合し、パワーエレクトロニクスは、ダイオード、トランジスタと、etc.The変換システムがますますéllaborésになり、スタティックコンバーターのより機械 tournantes.C'est時代を必要としているtyrhistors。いくつかの静的なコンバータ・ファミリがあります。連続---------->連続(チョッパー)連続-------->オルタナティブ(UPS)代替-------->オルタナティブ(ディマー)--------オルタナティブ>連続(整流器)
スタティックコンバーターヘッド:フレデリック・RICHARDEAU、CNRSの研究ディレクター􀀋:33(0)5.34.32.23.98 - :33(0)5.61.63.88.75􀀐frederic.richardeau@laplace.univ-tlse.fr􀂃一般的な目的静止型変換器は回路でありますパワー半導体を用いたパワーエネルギーに対処するためのスキームを切削高効率、電気を確保します次の特徴:変換:交流電圧を生成しますDC電源およびその逆から。レギュレーション:依存の定数供給可変光源から。適応:低電圧充電を供給高電圧源およびその逆から。名簿􀁸3 CNRSの研究者、6教員、2エンジニアと1技師BlaquièreJ.-M.(すなわち - 50%)Cheron Y.(CD)氏Cousineau(TM)G. Fontes(TM)Flumian D.(IE)ガトーG.(PR)Ladoux P.(PR)T. Meynard(CD)Richardeau F.(CD)Risaletto D.(TM)サロートE.(TM HC)Vinnac S.(T - 50%)16博士課程の学生、2ポスドク􀂃パワーエレクトロニクスの目的入力電圧Vトンみじん切り電圧Vトンカットフィルタリングされた電圧Vトンインダクタコンデンサ半導体切断フィルタリングレギュレーション変調器/レギュレータデジタルソースロード私たちの研究活動は、電気エネルギーの変換の主な問題をカバーし、セルスイッチングの概念に関する理論的および実験的アプローチの組み合わせに基づきます。グループは、多細胞構造やコンバータの新たな平均の研究を専門にスイッチング・セルのオリジナルのアレンジを伴う高電力(MWへキロワット)ネストされた直列、並列化と並列化の革新的なデバイスによって全部又は一部を重複磁気カップリング。単独でまたは混合考えこれらの構成は、フォームを生成するために利用されています広範囲のフィルタリングのコストを削減するマルチレベル高波明らか周波数必要があります:􀀹非常に低い電源電圧(10 V〜50 V)􀄺並列化細胞でのアプリケーションのための、􀀹非常に高い電源電圧(>キロボルト)および/または高電流(> 500 A)とネスティングを持つアプリケーションのための􀄺オーバーレイ細胞。これは、設計段階でこれらの分野に固有の制約を統合します。これらの新しい変換構造の検証は、特定の開発のコントロールを必要としますすべての状態変数の観察と管理のためのアナログおよびデジタル速いです内部。彼女は系統的れ、大きな電力レベルでの実験的な実現を通過します熱3次元アセンブリとの統合の接続の問題を処理することを意味コントロール(ASIC、FPGA)。シミュレーションツール、コ・シミュレーションと最適化を適応し、使用され、全体的な設計段階で最良の妥協点を決定するために結合され開閉制御(PWM)。この方法は、特に設計のために実装されています3DPHIプログラムでコンパクトなコンバータです。これらの研究は、上の作業によって補完されます電力部品の堅牢性と回路トポロジーを与えるとの接続に失敗した彼らのモード新しい構造とフォールトトレランス性を確保するための場所。􀂃研究分野􀀹高いマルチレベルコンバータクローズ制御のために最適化された電源本研究では、デザインに関するものハイパワーコンバータのアーキテクチャ(のMWの百十キロワット)へ電力の品質を保証します。選択トポロジは、体系的に行われていますの具体的な制約のある行負荷、利用可能なエネルギー源、またはプロセス。方法論的アプローチをベースにしています団体(ネスト、オーバーレイ、並列化、カップリング...)細胞最善を利用するために切り替え現在の半導体特性に電圧レベルおよび/または電流を達成するために希望。これらの新しいトポロジが必要ですしかし、近い制御を再考し、の使用を徹底的に仕事を必要とします先進のデジタル技術。􀀹コンバータのディペンダビリティかどうか公共交通システムリーン生産の、パワーエレクトロニクスアプリケーションの中心に増加役割を果たしています批判。これは、のセットです安全性の設計に取り組みますそのように混合することにより、コンバータの動作均一な方法論的アプローチと技術:電気的および熱的診断部品、電気絶縁性およびセキュリティ保護、堅牢なアーキテクチャとフォールトトレラント内部集積受動またはアクティブの冗長性により、緊急事態管理モード。高電流用􀀹低電圧コンバータ電気化学的なコンポーネントとストレージに適合した変換器を開発するために、電気部品のTBT特性これらのコンポーネントのモデリングがありますGENESYSチームと共同で実施しました。彼ら比率が高い構造の研究のための基礎昇圧およびエネルギー効率の高いです。システムの􀀹3次元統合エネルギーの変換パワーエレクトロニクスの統合がありますデザインであるため、本質的に二次元平らな表面の必要性によって制約熱交換。ダイの開発第三を使用するための新しい技術ディメンションは、自由度を与える必要がありますし、より、よりコンパクトなシステムを得ることを可能にしますこのように、自動化された方法で製造するのが容易安いです。

 Seiden henkanki seiteki henkan no gaiyō haikei seishi-gata henkanki wa,-kō kōritsu no denki enerugī o chiryō shi,-ji no kinō o kakuho suru tame no taisei no pawā handōtai o setsudan mochiita denki kairodesu. • Henkan: DC-gen'oyobi sono gyaku kara no kōryū den'atsu o seisei shimasu. • Kisei: Hensū sōsu kara fuka e no tei denryoku. • Tekiō: Kō den'atsu dengen kara tei den'atsu fuka ni kyōkyū shi, sono gyaku. Pawāerekutoronikusu no mokuteki watashitachi no kenkyū katsudō wa, denki enerugī no henkan no omona mondai o kabā shi, seru no suitchingu no gainen no riron-teki oyobi jikken-teki apurōchi no kumiawase ni motodzuite imasu. Gurūpu wa, heiretsu-ka to heiretsu-ka ni yotte zenbu matawa ichibu o jūfuku shi, ichiren no nesuto sa reta saibō o kirikaeru no orijinaru arenji o fukumu ta saibō kōzō no atarashī konbāta no heikin'oyobi kō denryoku (MW e Kirowatto) no kenkyū ni toku-ka jiki kappuringu no tame no kakushintekina debaisu. Tandokude matawa kongō kangae korera no kōsei wa, habahiroi nīzu ni firutaringu no kosuto o teigen suru tame ni, maruchi-ha takai mikake shūhasū no fōmu o seisei suru tame ni riyō sa remasu. • Hijō ni hikui dengen den'atsu (50 V e 10 V) de no apurikēshon no tame no: Heiretsu-ka saibō, • hijō ni takai dengen den'atsu (> kiroboruto)oyobi/ matawa kō denryū (> 500 A) o motsu apurikēshon no tame ni: Nesuto to ōbārei saibō. Kore wa, sekkei dankai de korera no bun'ya ni koyū no seiyaku o tōgō shimasu. Korera no atarashī henkan kōzō no kenshō wa, subete no naibu jōtai hensū no kansatsu to kanri no tame no gutaitekina kaihatsu sokudo, anarogu to dejitaru no kontorōru ga hitsuyōdesu. Kore wa, setsuzoku no mondai,-netsu, 3-jigen asenburi to kontorōra (ASIC, FPGA) no tōgō o shori suru koto o imi shi, ōkina denryoku reberu de no jikken-tekina jitsugen o tōshite taikei-teki ni tsūka shimasu. Koshimyurēshon to saiteki-ka shimyurēshontsūru wa, shiyō ni tekiō shi, zentai-tekina sekkei dankai to kaihei seigyo (PWM) de sairyō no dakyō-ten o kettei suru tame ni ketsugō sa rete imasu. Kono hōhō wa, tokuni 3 DPHI puroguramu de konpakutona konbāta no sekkei no tame ni jissō sa rete imasu. Korera no kenkyū wa, atarashī kōzō no sekyua wa, fōrutotorerantona tokusei ni tsunagaru kairo no toporojī ni kanren suru denryoku buhin to sorera no koshō mōdo no kenrō-sei ni sagyō ni yotte hokan sa rete imasu sutatikkukonbātā: Teigi to rei sutatikkukonbātā: Teigi to rei seiteki henkanki wa, denki kikai de saisho ni atae rare convertissant. Les denryoku henkanki de jushin-ki ni dengen o chōsei suru tame no shisutemudearu okonawa reta mécaniquement. Avec ni handōtai no gaikan o ketsugō shi, pawāerekutoronikusu wa, daiōdo, toranjisuta to, etc. The henkan shisutemu ga masumasu éllaborés ni nari, sutatikkukonbātā no yori kikai tournantes. C' est jidai o hitsuyō to shite iru tyrhistors. Ikutsu ka no seitekina konbāta famiri ga arimasu. Renzoku ----------> renzoku (choppā) renzoku --------> orutanatibu (UPS) daitai --------> orutanatibu (dimā)-------- orutanatibu > renzoku (seiryūki) sutatikkukonbātā heddo: Furederikku RICHARDEAU, CNRS no kenkyū direkutā 􀀋 : 33 (0 ) 5. 34. 32. 23. 98 - : 33 (0 ) 5. 61. 63. 88. 75 􀀐 Frederic. Richardeau@ laplace. Univ - tlse. Fr 􀂃 ippantekina mokuteki seishi-gata henkanki wa kairodearimasu pawā handōtai o mochiita pawā enerugī ni taisho suru tame no sukīmu o sessaku-kō kōritsu, denki o kakuho shimasu tsugi no tokuchō: Henkan: Kōryū den'atsu o seisei shimasu DC dengen oyobi sono gyaku kara. Regyurēshon: Izon no teisū kyōkyū kahen kōgen kara. Tekiō: Tei den'atsu jūden o kyōkyū-kō den'atsu-gen'oyobi sono gyaku kara. Meibo 􀁸 3 CNRS no kenkyūsha, 6 kyōin, 2 enjinia to 1 gishi BlaquièreJ. - M. (Sunawachi - 50-pāsento) Cheron Y. (CD)-shi Cousineau (TM) G. Fontes (TM) Flumian D. (IE) gatō G. (PR) Ladoux P. (PR) T. Meynard (CD) Richardeau F. (CD) Risaletto D. (TM) sarōto E. (TM HC) Vinnac S. (T - 50-pāsento) 16 hakushikatei no gakusei, 2 posudoku 􀂃 pawāerekutoronikusu no mokuteki nyūryoku den'atsu V ton mijingiri den'atsu V tonkattofirutaringu sa reta den'atsu V ton indakuta kondensa handōtai setsudan firutaringu regyurēshon henchō-ki/ regyurēta dejitaru sōsu rōdo watashitachi no kenkyū katsudō wa, denki enerugī no henkan no omona mondai o kabā shi, serusuitchingu no gainen ni kansuru riron-teki oyobi jikken-teki apurōchi no kumiawase ni motodzukimasu. Gurūpu wa, ta saibō kōzō ya konbāta no aratana heikin no kenkyū o senmon ni suitchingu seru no orijinaru no arenji o tomonau kō denryoku (MW e Kirowatto) nesuto sa reta chokuretsu, heiretsu-ka to heiretsu-ka no kakushintekina debaisu ni yotte zenbu matawa ichibu o jūfuku jiki kappuringu. Tandokude matawa kongō kangae korera no kōsei wa, fōmu o seisei suru tame ni riyō sa rete imasu kōhan'i no firuta ringu no kosuto o sakugen suru maruchireberu takanami akiraka shūhasū hitsuyō ga arimasu: 􀀹 Hijō ni hikui dengen den'atsu (10 V 〜 50 V) 􀄺 heiretsu-ka saibō de no apurikēshon no tame no, 􀀹 hijō ni takai dengen den'atsu (> kiroboruto)oyobi/ matawa kō denryū (> 500 A) to nesutingu o motsu apurikēshon no tame no 􀄺 ōbārei saibō. Kore wa, sekkei dankai de korera no bun'ya ni koyū no seiyaku o tōgō shimasu. Korera no atarashī henkan kōzō no kenshō wa, tokutei no kaihatsu no kontorōru o hitsuyō to shimasu subete no jōtai hensū no kansatsu to kanri no tame no anarogu oyobi dejitaru hayaidesu naibu. Kanojo wa keitōtekire, ōkina denryoku reberu de no jikken-tekina jitsugen o tsūka shimasu netsu 3-jigen asenburi to no tōgō no setsuzoku no mondai o shori suru koto o imi kontorōru (ASIC, FPGA). Shimyurēshontsūru, ko shimyurēshon to saiteki-ka o tekiō shi, shiyō sa re, zentai-tekina sekkei dankai de sairyō no dakyō-ten o kettei suru tame ni ketsugō sa re kaihei seigyo (PWM). Kono hōhō wa, tokuni sekkei no tame ni jissō sa rete imasu 3 DPHI puroguramu de konpakutona konbātadesu. Korera no kenkyū wa,-jō no sagyō ni yotte hokan sa remasu denryoku buhin no kenrō-sei to kairo toporojī o ataeru to no setsuzoku ni shippaishita karera no mōdo atarashī kōzō to fōrutotoreransu-sei o kakuho suru tame no basho. 􀂃 Kenkyū bun'ya 􀀹 takai maruchireberukonbāta kurōzu seigyo no tame ni saiteki-ka sa reta dengen hon kenkyūde wa, dezain ni kansuru mono haipawākonbāta no ākitekucha (no MW no hyaku jū-kirowatto) e denryoku no hinshitsu o hoshō shimasu. Sentaku toporoji wa, taikei-teki ni okonawa rete imasu no gutaitekina seiyaku no aru gyō fuka, riyō kanōna enerugī-gen, matawa purosesu. Hōhōronteki apurōchi o bēsu ni shite imasu dantai (nesuto, ōbārei, heiretsu-ka, kappuringu... ) Saibō saizen o riyō suru tame ni kirikae genzai no handōtai tokusei ni den'atsu reberu oyobi/ matawa denryū o tassei suru tame ni kibō. Korera no atarashī toporoji ga hitsuyōdesu shikashi, chikai seigyo o saikō shi, no shiyō o tetteiteki ni shigoto o hitsuyō to shimasu senshin no dejitarugijutsu. 􀀹 Konbāta no dipendabiriti ka dō ka kōkyō kōtsū shisutemu rīn seisan no, pawāerekutoronikusu apurikēshon no chūshin ni zōka yakuwari o hatashite imasu hihan. Kore wa, no settodesu anzen-sei no sekkei ni torikumimasu sonoyōni kongō suru koto ni yori, konbāta no dōsa kin'itsuna hōhōronteki apurōchi to gijutsu: Denki-teki oyobi netsu-teki shindan buhin, denki zetsuen-seioyobi sekyuriti hogo, kenrōna ākitekucha to fōrutotoreranto naibu shūseki judō matawa Akutibu no jōchō-sei ni yori, kinkyū jitai kanri mōdo. Kō denryū-yō 􀀹 tei den'atsu konbāta denki kagaku-tekina konpōnento to sutorēji ni tekigō shita henkanki o kaihatsu suru tame ni, denki buhin no TBT tokusei korera no konpōnento no moderingu ga arimasu GENESYS chīmu to kyōdō de jisshi shimashita. Karera hiritsu ga takai kōzō no kenkyū no tame no kiso shōatsu oyobi enerugī kōritsu no takaidesu. Shisutemu no 􀀹 3-jigen tōgō enerugī no henkan pawāerekutoronikusu no tōgō ga arimasu dezaindearu tame, honshitsu-teki ni nijigen tairana hyōmen no hitsuyō-sei ni yotte seiyaku-netsu kōkan. Dai no kaihatsu daisan o shiyō suru tame no atarashī gijutsu dimenshon wa, jiyū-do o ataeru hitsuyō ga arimasushi, yori, yori konpakutona shisutemu o eru koto o kanō ni shimasu kono yō ni, jidō-ka sa reta hōhō de seizō suru no ga yōi yasuidesu.

Principes de base de la conversion statique Synthèse des convertisseurs statiques



Principes de base de la conversion statique
Synthèse des convertisseurs statiques
OBJECTIFS ET APPLICATIONS DE LELECTRONIQUE DE PUISSANCE
L’électronique de puissance concerne le traitement de l’énergie électrique. Elle permet de
convertir cette énergie disponible sous une forme donnée (continue, alternative, basse ou haute
tension, etc..) en une autre. Dans ce contexte, ce n’est pas le niveau de puissance ou d’énergie
traitée qui détermine ses spécificités, ce sont les applications et leurs contraintes d’usage. Ainsi,
nous considérerons comme relevant du champ de la conversion statique d’énergie électrique, donc
relevant de ses méthodes de description et d’analyse, un dispositif qui serait logé dans une montre
bracelet (niveau de puissance de l’ordre de 10µW) au même titre qu’un système d’alimentation
d’une locomotive de plusieurs MW. Les quelques exemples suivants illustrent ces propos.
Micro-transformateur pour alimentation intégrée sur
silicium : 100µW
lampes fluorescentes alimentées par un
onduleur résonnant : 15W
véhicule hybride : 35kW
locomotive FRET : 4,2MW
Une spécificité forte de ce domaine réside dans les rendements de conversion recherchés, ils
doivent être typiquement très proche de 100%, de telle sorte que les pertes ne doivent représenter
qu’une fraction minime de l’énergie convertie. Cela impose donc l’usage d’une électronique de
commutation pour laquelle les interrupteurs doivent présenter des pertes minimales en commutation
et dans leurs états passants ou bloqués. L’amélioration continuelle de leurs performances est un
leitmotiv très fort de la recherche dans ce domaine, des progrès continus se font, des nouveaux
matériaux sont mis en œuvre : carbure de silicium, arséniure de gallium, diamant. Des travaux
importants concernent les semi-conducteurs, leur structure, les matériaux utilisés, leurs procédés de
fabrication, leur fiabilité.
Le corollaire de ce principe de commutation est la nécessaire association d’éléments réactifs
destinés à filtrer des grandeurs fortement découpées ou à stocker transitoirement de l’énergie. On
voit donc un second grand domaine d’intérêt autour des composants passifs qui doivent être adaptés
au fonctionnement à haute fréquence et aux fortes contraintes électriques, magnétiques et
diélectriques tout en ayant des niveaux de pertes extrêmement faibles. Les performances des
convertisseurs statiques dépendent largement des propriétés physiques de ces composants et, in fine,
des matériaux les constituant. Aussi, la recherche dans le domaine des matériaux (magnétiques,
diélectriques, électro-actifs) est-elle fondamental pour la conversion statique ; les besoins se situent
dans des matériaux à faibles pertes lorsque les contraintes électromagnétiques et thermiques
s’accroissent.
bloc d’alimentation utilisant un transformateur
piézoélectrique
génération et stockage d’énergie utilisant des
matériaux polymères piézoélectriques
Enfin, ces dispositifs de traitement de l’énergie électrique doivent posséder de bonnes
caractéristiques d’usage : compacité, coût d’industrialisation réduit, fiabilité. Ceci constitue un
troisième grand domaine de recherche dans lequel des contraintes multi-physiques apparaissent :
comment, dans un volume réduit maîtriser des problèmes d’assemblage, de thermique, de fiabilité
et de compatibilité électromagnétique ? On aborde là le problème de l’environnement des semi-
conducteurs, du packaging et de l’intégration en électronique de puissance.
Alimentation à découpage intégrée sur substrat SMI
Ainsi, l’ensemble des domaines rapidement balayés dans cette introduction constituent-ils le
champ d’étude et de recherche de l’électronique de puissance actuelle.
PRINCIPES DE BASE DE LELECTRONIQUE DE PUISSANCE
Intérêt de la commutation pour les échanges d’énergie
L’électronique de puissance est une électronique de commutation : idéalement, un interrupteur
ouvert ou fermé ne dissipe pas d’énergie. Ainsi, il est possible de transférer de l’énergie entre une
source d’entrée et une charge de sortie en contrôlant son transfert. A chaque cycle de commutation,
un quantum d’énergie est donc transféré (ou stocké si un dispositif existe dans la structure) entre la
source d’entrée et la sortie.
LES SOURCES STATIQUES ET DYNAMIQUES
Les sources électriques existantes sont des générateurs de tension ou de courant, continus ou
alternatifs. Par définition et en régime statique, une source de tension idéale impose une tension
indépendamment du courant qui la parcourt ; une source de courant idéale impose un courant
indépendamment de la tension à ses bornes.
Par extension, on parlera de sources dynamiques de tension ou de courant des dipôles tels que
respectivement la tension et le courant ne peuvent varier instantanément à leurs bornes. Ce
comportement est observé pour un condensateur (source dynamique de tension) ou une inductance
(source dynamique de courant).
La réalité technologique diffère de ces descriptions idéales. Si on prend le cas d’un accumulateur
électrochimique débitant sur une charge résistive via quelques mètres de câble, la tension est
effectivement imposée à ses bornes : c’est donc une source de tension quasi-parfaite. Si la charge
est très non-linéaire et que le courant peut fluctuer très rapidement, l’inductance parasite des câbles
va empêcher toute variation instantanée du courant à l’échelle temporelle de cette variation : le
générateur électrochimique et son câble sont alors assimilables à une source de courant sur cette
échelle temporelle. Ainsi, l’impédance interne d’une source joue t’elle un rôle fondamental pour
caractériser sa nature. Il sera souvent nécessaire, compte tenu d’impédances parasites de connexion
ou de l’impédance interne du générateur de placer à l’entrée du convertisseur un élément qui
« renforce » le caractère de cette source : par exemple, on placera une capacité de forte valeur à
l’entrée d’un convertisseur de tension alimenté par une batterie, un panneau solaire ou une machine
à courant continu.
La réversibilité en puissance d’une source est une caractéristique très importante à connaître. En
effet, elle conditionne très directement la structure de conversion, son mode de contrôle et les
interrupteurs qui la constituent. Un accumulateur électrochimique est une source de tension
réversible en puissance (le courant peut être bidirectionnel) mais évidemment unidirectionnelle en
tension. Toutes les machines tournantes (MCC, machine synchrone et asynchrone) possèdent une
réversibilité en puissance ; la MCC est réversible en tension et en courant.
Le convertisseur statique placé entre une source et une charge doit être conçu selon les réversibilités
souhaitées ; si la charge est réversible (elle peut par exemple restituer de l’énergie : un train en
descente) et qu’on souhaite récupérer cette énergie, la source d’entrée et le convertisseur devront
l’être aussi. Il peut être dangereux d’associer une source non réversible avec un convertisseur et une
charge réversibles : en cas de changement de sens du flux d’énergie, la non-réversibilité de la
source entraîne généralement un accroissement d’énergie dans un composant de stockage
(condensateur d’entrée) et un accroissement des contraintes électriques (surtension) avec des
conséquences souvent destructrices !
LES INTERRUPTEURS
nombre de segments, régime statique et dynamique,
Un interrupteur idéal est considéré comme un dipôle orienté en convention récepteur, comme
représenté sur la figure suivante. Sa caractéristique statique est donc composée des différents
segments situés sur les axes du repère (vk,ik). Ainsi, on peut envisager des interrupteurs à 2, 3 ou 4
François COSTA
Module MR2 : Electronique de puissance avancée
segments qui seront adaptés à la nature et aux réversibilités des sources et des charges. Noter que
pour un interrupteur idéal, la caractéristique statique est non dissipative.
orientation de l’interrupteur : convention
récepteur
Vk
ik
Segment
interrupteur
ouvert
Segment
interrupteur
fermé
caractéristique statique : interrupteur 2 segments
On doit également préciser la caractéristique dynamique d’un interrupteur : c’est la trajectoire
suivie par le point de fonctionnement pour passer d’un point situé sur un segment à un point situé
sur un autre segment : cette trajectoire peut passer dans un des ¼ de plan ou suivre les axes comme
on le verra plus loin. L’aspect dynamique est important car il permet de mettre en évidence la
notion de pertes par commutation. En effet, lors d’une commutation (i.e. le point de
fonctionnement parcourt une certaine trajectoire), l’énergie dissipée s’écrit :
=
n
commutatio
k
k
dttitv
W
)()(
Cette énergie ne peut être que >0 ou nulle (interrupteur nécessairement dissipatif), ce qui a pour
conséquences que :
- Soit le point de fonctionnement se déplace le long des axes dans des quadrants où les segments
sont de signes opposés (quadrants 2 et 4) : W=0, ce type de commutation est nommée
« commutation spontanée ».
- Soit il se déplace dans un ¼ de plan où les segments sont de mêmes signes : quadrants 1 et 3,
W>0, on parle alors de commutation commandée à l’amorçage ou au blocage .
commutation spontanée d’un interrupteur :
W =0
commutation commandée d’un interrupteur :
W >0
Ainsi, si un interrupteur idéal n’est pas dissipatif au repos, il le devient lors des commutations sauf
si la trajectoire s’effectue en longeant les axes. Ce caractère dissipatif, qui entraîne nécessairement
une élévation de température du dispositif est d’autant plus important que la fréquence de
commutation s’accroît : ceci constitue donc une limitation structurelle à la montée en fréquence de
fonctionnement, sauf à effectuer les commutations sur des trajectoires non dissipatives, comme on
le verra au chapitre 3 (commutation douce).
Quelques exemples d’interrupteurs
La diode : c’est un interrupteur à 2 segments de signe opposés. Idéalement, elle ne peut donc
commuter que sans pertes. Ceci n’est technologiquement pas réalisé à cause de son mécanisme de
conduction par diffusion : il en résulte une charge stockée qui doit s’évacuer et peut être à l’origine
de pertes par commutation.
Le thyristor : c’est un interrupteur à 3 segments et à commande d’amorçage. La trajectoire du point
de fonctionnement ne peut être que celle représentée sur la figure suivante, compte tenu de la
présence de 2 segments de signe opposés.
Vk
ik
Commande
d’amorçage
ik
Vk
caractéristique statique et dynamique d’un thyristor
l’IGBT : c’est un interrupteur à 2 segments commandable à l’amorçage et au blocage.
Vk
ik
Commande
d’amorçage
et de blocage
ik
Vk
caractéristique statique et dynamique d’un IGBT
Le MOSFET : c’est un interrupteur à 3 segments, commandable à l’amorçage et au blocage. Le
3
ème
segment (Ik>0) est dû à la diode de structure de ce composant. Si le composant n’a pas été
spécifié pour pouvoir l’utiliser, il faut éviter de la faire fonctionner. Dans certaines application
(commutation douce, voir chapitre 3), on peut toutefois l’utiliser quelque soit la technologie du
composant.
Vk
ik
Commande
d’amorçage
et de blocage
ik
Vk
Amorçage et
blocage
spontanés
caractéristique statique et dynamique d’un MOSFET
Ces exemples correspondent aux interrupteurs « naturels » existants. Si on a besoin d’une
caractéristique statique et dynamique autre, il faut donc la synthétiser par association de composants
et les commander spécifiquement selon la trajectoire dynamique voulue. Un exemple d’interrupteur
de synthèse est donné ci-dessous pour constituer un interrupteur bidirectionnel en courant à simple
commande d’amorçage.
Vk
ik
Commande
d’amorçage
ik
Vk
interrupteur de synthèse constitué par l’association anti-parallèle d’une diode et d’un thyristor
règles d’association des sources et des interrupteurs
Un convertisseur statique est donc constitué d’interrupteurs qui connectent séquentiellement une
source d’entrée à une charge (encore dénommée source de sortie compte tenu de sa réversibilité
potentielle). On constate aisément que toutes les associations de sources ne sont pas permises :
1- On ne peut mettre en parallèle deux sources de tension de valeurs différentes. La conséquence en
serait un courant de circulation infini,
2- On ne peut mettre en série deux sources de courant de valeurs différentes (tension infinie),
3- On ne peut court-circuiter une source de tension (courant infini de court-circuit),
4- On ne peut ouvrir une source de courant (tension infinie d’ouverture).
Il reste donc comme association permise deux sources de natures différentes : une source de tension
associée à une source de courant comme représenté ci-dessous.
Association d’une source de tension à une source de courant
L’introduction d’interrupteurs permet donc le contrôle de l’échange d’énergie entre ces deux
sources. Le respect des règles énoncées précédemment conduit donc à devoir utiliser deux
interrupteurs : le premier connecte les sources entre elles, le second assure le respect de la règle 4
vis-à-vis de la source de courant. La structure de conversion la plus simple met donc en œuvre
obligatoirement 2 interrupteurs dont les fonctionnements sont liés : leurs états sont
nécessairement complémentaires. Cette structure de base est nommée « cellule de commutation »
elle est la brique élémentaire de tout convertisseur statique.
structure de conversion élémentaire
Si les sources d’entrée et de sortie sont de natures différentes (donc non directement connectables
entre elles), on peut alors :
-modifier la nature d’une d’entre elles en lui associant un élément réactif qui lui donnera le
caractère voulu, comme représenté ci-dessous : on ajoute une inductance à une source de tension
pour lui donner un caractère de source de courant dynamique.
source de tension + inductance = source de courant
-utiliser un composant réactif dans la structure qui permettra un transfert indirect d’énergie : dans
une première phase de fonctionnement la source d’entrée transfert de l’énergie au composant réactif
qui la restitue dans la seconde phase à la source de sortie, comme représenté ci-dessous.
Le contrôle de l’énergie dans ce type de structure s’effectuant en deux temps, elle est moins efficace
qu’une structure à transfert direct : celui-ci ne peut s’effectuer au mieux que sur une fraction de la
période de découpage. Cette solution est réservée aux applications de puissance faibles (en pratique
< quelques 100W).
K1
K2
E1
E2
exemple de structure de conversion indirecte entre deux sources de tension via un stockage
intermédiaire (inductance = source de courant)
Conversion directe, exemple de synthèse d’un hacheur élévateur
La méthode de synthèse consiste donc à partir de l’examen des grandeurs électriques appliquées aux
interrupteurs et résultantes d’un fonctionnement souhaité du convertisseur, d’identifier la structure
de conversion, la nature des interrupteurs et leur commande.
L’exemple ci-dessous illustre ce principe. On souhaite transférer de l’énergie entre une source de
courant et une source de tension. On a vu plus haut que la structure adaptée met en œuvre 2
interrupteurs comme représenté ci-dessous.
organisation des interrupteurs permettant le transfert d’énergie entre les sources
Il faut alors définir les formes d’onde temporelles représentatives du fonctionnement voulu : à
savoir la transmission (ou connexion) séquentielle réglable d’énergie entre les deux sources. La
courbe suivante représente les états correspondants des interrupteurs et les contraintes électriques
temporelles appliquées aux sources.
loi de commande des interrupteurs pour assurer
le transfert d’énergie réglable
Ces courbes permettent alors de déterminer l’évolution temporelle des grandeurs électriques
appliquées aux interrupteurs puis de définir leurs caractéristiques statique et dynamique et enfin
d’aboutir à la structure complète comme représentée ci-dessous.
identification des caractéristiques statique et
dynamique des interrupteurs
finalisation de la structure de conversion
La structure étant définie ainsi que son mode de contrôle, on peut alors déterminer ses
caractéristiques électriques externes et affiner progressivement le dimensionnement : choix du
calibre des composants, dimensionnement des composants de filtrage en entrée et en sortie selon la
fréquence de découpage, estimation des pertes, etc…
METHODE DE SYNTHESE DUN CONVERTISSEUR
L’objectif de la méthode de synthèse des convertisseurs statiques consiste, partant de la description
aussi complète que possible de l’évolution désirée des grandeurs externes du convertisseur, de
déterminer la topologie (structure) du convertisseur et d’identifier la nature des interrupteurs. A
noter que la stratégie de commande doit être précisée selon la nature de la source d’entrée :
- si elle est continue, il sera nécessaire d’avoir un dispositif qui séquence la commutation des
interrupteurs : base de temps ou système qui détermine l’état des interrupteurs par
comparaison avec des grandeurs extrêmes,
- si elle est alternative, on peut synchroniser la commande des interrupteurs par rapport aux
passages à zéro de la tension.
LA CELLULE DE COMMUTATION
Structure, orientation des grandeurs, notion de signe de commutation
On a constaté que compte tenu des règles d’association des sources et des interrupteurs ceux-ci ne
pouvaient être qu’associés par deux, d’où la notion fondamentale de cellule de commutation. Aux
extrémités, on trouve une source de tension, à son point milieu, on trouve une source de courant,
comme représenté sur la figure suivante. On rappelle que les interrupteurs sont orientés en
convention récepteur.
Représentation et orientation d’une cellule de commutation
L’état des interrupteurs étant complémentaire, il suffit donc d’en étudier un seul pour connaître le
fonctionnement de la cellule. La tension Vk2 est représentative de la tension de sortie de la cellule
de commutation. On choisit arbitrairement d’orienter positivement le courant sortant de la cellule
(cas de la figure) et positivement la tension appliquée à l’entrée (tension E sur la figure). Ainsi, la
connaissance de la tension de sortie (Vk2) et du courant permettent de caractériser entièrement le
fonctionnement de la cellule.
Elaboration des règles de fonctionnement de la cellule par observation des
grandeurs extérieures, signe de la commutation et du courant.
Le fonctionnement de la cellule de commutation associée aux sources précédemment définies
impose que :
VK1+VK2 = E
IK1- iK2 = I
Ces lois sont vraies quel que soit l’état des interrupteurs et notamment durant le régime transitoire
de la commutation. Ainsi, si E>0 et I>0, la trajectoire des points de fonctionnement est celle
représentée ci-dessous :
Trajectoire des points de fonctionnement des interrupteurs
On constate donc qu’à la commutation commandée (K1) qui est dissipative (trajectoire dans le
premier quadrant) est obligatoirement associée une commutation spontanée (K2).
De cette remarque, on peut tirer les constatations suivantes concernant l’un quelconque des
interrupteurs Ki de la cellule :
- (1) si les signes de iKi et vKi sont identiques avant et après la commutation, on a affaire à la
commutation commandée de cet interrupteur,
- (2) dans le cas contraire, on a affaire à la commutation spontanée de cet interrupteur.
On adopte la convention de vocabulaire suivante :
Une commutation sera dite >0 lorsque la variation de la tension de sortie est >0 : dVK2/dt >0
Une commutation sera dite <0 dans le cas contraire.
En observant le signe de la commutation, le signe du courant de sortie de la cellule et en appliquant
les remarques précédentes (1) & (2), on en déduit que :
- (3) si la commutation et le courant I sont de mêmes signes, il y a commutation commandée à
l’amorçage de l’interrupteur ouvert de la cellule de commutation.
- (4) si la commutation et le courant I sont de signes contraires, il y a commutation
commandée au blocage de l’interrupteur fermé de la cellule de commutation.
Par ailleurs, l’observation de la réversibilité des sources d’entrée et de sortie permet de déterminer
le nombre de segments des interrupteurs :
I bidirectionnel et E unidirectionnel implique que K1 et K2 soient bidirectionnels en courant :
interrupteurs 3 segments, 2 en courant 1 en tension
E bidirectionnel et I unidirectionnel implique que K1 et K2 soient bidirectionnels en tension :
interrupteurs 3 segments, 2 en tension et 1 en courant.
Exemple 1 :
On considère sur la figure suivante un convertisseur connectant une source de tension à une source
de courant. Cette dernière est bidirectionnelle en courant mais unidirectionnelle en tension. Les
flèches à côté de la source E montrent qu’elle est réversible en courant.
Structure bidirectionnelle en courant
La bidirectionnalité de I implique donc celle des interrupteurs, leur caractéristique est représentée
ci-dessous :
Définition des trajectoires des interrupteurs
Admettons qu’on souhaite obtenir le cycle de fonctionnement représenté ci-dessous :
Cycle de fonctionnement souhaité en sortie de la cellule de commutation
Examinons le cas où I est >0. la tension VI permet de déterminer le signe de la commutation : pour
obtenir une commutation >0, on doit donc réaliser la commutation à l’amorçage de l’interrupteur
ouvert (règle (3)) dans ce cas K1, la commutation de K2 est donc spontanée ; ce cas est repéré par
I>0 sur les caractéristiques des interrupteurs (figure x).
Lorsque I devient <0, à la commutation >0 correspond maintenant un courant I<0, il s’agit donc
d’opérer le blocage de l’interrupteur fermé, K2 en l’occurrence. Il en résulte que K1 commute
spontanément ; ce cas est identifié par I<0 sur la figure x.
Le fonctionnement dans les deux cas implique donc que K1 et K2 soient bidirectionnels en courant,
unidirectionnels en tension, commandables à l’amorçage et au blocage.
Exemple 2 :
On considère à présent une structure de conversion dans laquelle on souhaite que la tension de
sortie soit bidirectionnelle en tension à partir d’une source unidirectionnelle E. La solution consiste
soit à utiliser une cellule de commutation et une source à point milieu, soit à associer deux cellules
de commutation comme représenté à la figure suivante :
E
vs1
K1
K2
E/2
Charge
v
S1
E/2
E
vs1
K1
K2
E/2
Charge
v
S1
E/2
structure bidirectionnelle en tension
à source à point milieu
structure bidirectionnelle en tension à deux
cellules de commutation
On souhaite que les formes d’onde de la tension V sur la charge soient
formes d’onde appliquées à la charge par le convertisseur (haut),
formes d’onde de la cellule de commutation 1
A noter que si la tension aux bornes de la source de sortie est rectangulaire et alternative, et si celle-
ci est linéaire, le courant doit être également alternatif, déphasé (avance ou retard) et de forme
quelconque (on a fait le choix d’une onde quasi-sinusoïdale ici), dépendant de la nature de la charge
et de sa capacité à filtrer les harmoniques de tension.
Les courbes inférieures sur la figure x représentent l’évolution de la tension de sortie de la cellule
de commutation 1 et le courant dans l’interrupteur K1.
L’observation de i(t) et v(t) permet de conclure que :
- lorsque le courant est en avance (1
er
cas), lorsque la commutation est positive, le courant
l’est aussi et de même pour la commutation négative. Dans les deux cas, nous avons à
réaliser des commutations d’amorçage, les interrupteurs sont donc identiques, à 3 segments
dont 2 en courant et à commande d’amorçage. L’interrupteur physique qui correspond à
cette situation est le thyristor muni d’une diode anti-parallèle, ou une fonction thyristor
bidirectionnelle en courant synthétisée avec tout type d’interrupteur commandé.
Vk
ik
Commande
d’amorçage
ik
Vk
Caractéristique statique et dynamique de l’interrupteur adapté et choix possible
- Lorsque le courant est en retard (2
ème
cas), lorsque la commutation est >0, le courant i est
<0, idem pour la commutation <0 avec un courant i>0. Dans les deux cas, nous avons à
réaliser des commutations de blocage, les interrupteurs sont à nouveau identiques, à 3
segments dont 2 en courant et à commande de blocage. Il n’existe pas de composant naturel
ayant cette caractéristique dynamique, il doit être synthétisé avec tout type d’interrupteur
commandé et une logique de commande adéquate : on parle de thyristor dual bidirectionnel
en courant.
Vk
ik
Commande
de blocage
ik
Vk
Caractéristique statique et dynamique de l’interrupteur adapté et choix possible, la diode de
structure du MOSFET peut être utilisée dans ce cas (blocage à tension nulle)
FONCTIONS DE MODULATION
On appelle fonction de modulation d’une cellule de commutation une fonction binaire fm(t) qui
détermine son état en fonction du temps : lorsque la cellule connecte la source d’entré à la source de
sortie elle vaut 1 sinon 0. La fonction de modulation permet de relier les grandeurs d’entrée (IK1) et
de sortie (VK2) de la cellule de commutation à la loi de commande et considérer son fonctionnement
indépendamment de l’étude détaillée de chaque interrupteur. Ainsi on en déduit que :
VK2=fm(t).E
IK1=fm(t).I
Cette représentation permet de modéliser facilement un convertisseur statique sous forme de
multiplieur, ainsi que représenté ci-dessous.
E
VK2
I
IK1
Fm(t)
X
X
Modèle de le cellule de commutation
Dans un convertisseur composé de plusieurs cellules de commutation, on détermine facilement la
tension de sortie du convertisseur par différence de tension entre les tensions issues des différentes
cellules. Dans le cas du convertisseur bidirectionnel en tension à deux cellule de commutation, la
tension de sortie est donc donnée par :
V=E.[fm1(t)-fm2(t)]=E.FmO(t)
Ie=I.[fm1(t)-fm2(t)]=I.FmO(t)
Ie est le courant absorbé à l’entrée du convertisseur, fm1(t) et fm2(t) sont les fonctions de
modulation des cellules 1 et 2, FmO(t) est la fonction de modulation résultante, ses valeurs peuvent
être –1, 0 et 1 ; la fonction de modulation globale n’est donc plus une fonction binaire, elle devient
une fonction à valeurs entières dépendant de la façon dont les cellules de commutation sont
agencées entre elles (différentiel, cascade, série, etc..).
En pratique, on connaît (ou on définit) les grandeurs externes du convertisseur, c’est donc la
fonction Fm(t) qui est déterminée. Selon le mode d’association des cellules de commutation, on doit
donc identifier les fonctions élémentaires fmi(t).
Exemple
On souhaite alimenter une source de courant constant avec l’onde de tension représentée ci-dessous
(1
ère
courbe). On constate donc la nécessité de sommer deux fonctions de modulation fm1(t) et
fm2(t) comme représenté sur la figure (2
ème
et 3
ème
courbes).
E/2
E
1
fm1(t)
fm2(t)
1
t
t
t
Exemple de définition de tension de sortie d’un convertisseur
Il en résulte une structure possible du convertisseur comme représenté ci-dessous, elle nécessite la
mise en série de deux cellules élémentaires alimentées par des sources de tension E/2 :
E/2
K1
K2
E/2
K’1
K’2
fm1(t)
fm2(t)
Exemple de structure de convertisseur
On applique ensuite à chaque cellule les règles qui permettent finalement d’identifier la nature des
interrupteurs ; dans ce cas K1 et K’1 sont des interrupteurs commandés à l’amorçage et au blocage
et K2 et K’2 sont des diodes.
Bibliographie
H. FOCH, « Principes fondamentaux : éléments constitutifs et synthèse des convertisseurs statiques », Les Techniques
de l’Ingénieur, D3152.
H. FOCH, « Principes fondamentaux : commutation dans les convertisseurs statiques », Les Techniques de l’Ingénieur,
D3153.
H. FOCH, « Principes fondamentaux : dualité dans les convertisseurs statiques », Les Techniques de l’Ingénieur,
D3154.