A7 Électronique de puissance

Topique

L'électronique de puissance traite de la conversion et du contrôle de l'énergie électrique à grande échelle. Sa technique de base est la modulation de largeur d'impulsion (MLI), également décrite dans le modèle d'alimentation à découpage : elle permet de contrôler la tension efficace moyenne en faisant varier rapidement la durée de connexion entre la source et la charge, au lieu de faire varier continuellement cette tension. C'est le principe des variateurs de vitesse pour moteurs, des systèmes de traction pour véhicules électriques et des onduleurs qui convertissent l'énergie solaire en courant alternatif utilisable.

Le transistor bipolaire à grille isolée (IGBT) est actuellement le transistor de puissance dominant pour les applications haute tension et courant élevé, car il combine les avantages des deux technologies, déjà décrites dans ce catalogue : il est commandé par la tension appliquée à sa grille, comme le MOSFET décrit dans un modèle précédent, mais il présente une faible chute de tension à l'état passant, comme le transistor bipolaire décrit dans un autre modèle.

Les pertes d'énergie dans un interrupteur de puissance de ce type proviennent de deux sources distinctes : les pertes par conduction, proportionnelles au courant circulant lorsque l'interrupteur est fermé, et les pertes par commutation, qui surviennent à chaque transition marche/arrêt et augmentent avec la fréquence de commutation – retrouvant ainsi le compromis entre fréquence et pertes déjà décrit dans le modèle d'alimentation à découpage. À basse fréquence, les premières sont prépondérantes, tandis qu'à haute fréquence, ce sont les secondes.

Par conséquent, ce module, qui s'appuie sur la technique éprouvée de modulation de largeur d'impulsion (PWM), démontre que les mêmes semi-conducteurs à large bande décrits dans le modèle de dispositif avancé – le carbure de silicium et le nitrure de gallium – permettent de concevoir des convertisseurs plus compacts, plus légers et plus efficaces que ceux à base de silicium traditionnel. Ceci s'explique précisément par leur meilleure tolérance aux conditions de haute tension et de haute fréquence inhérentes à ce compromis, ce qui en fait la technologie clé des chargeurs rapides pour véhicules électriques et des onduleurs photovoltaïques de dernière génération.

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