Préparation examen Electronique de puissance

Redresseurs monophasés à diode de puissance.[pic 1]

La diode

Une diode est un dispositif semi-conducteur qui permet au courant électrique de circuler dans une seule direction. La figure 3 montre une diode basse consommation typique. La diode a deux bornes, appelées anode et cathode. Une marque annulaire sur le boîtier de la diode identifie la borne correspondant à la cathode. L'autre borne correspond à l'anode.

La diode est un composant essentiel des circuits redresseurs, comme vous le verrez dans une autre sous-section. Lorsqu'elle est utilisée dans un redresseur, la diode fonctionne comme un interrupteur à grande vitesse qui n'a pas de partie mobile.

Lorsqu'aucune tension n'est présente aux bornes de la diode, la diode est à l'état « arrêt » (bloquée). Aucun courant ne traverse la diode et la diode agit comme un interrupteur ouvert, comme le montre la figure 5.[pic 2]

[pic 3]

1. Lorsqu'une tension est présente aux bornes des diodes et que la tension à l'anode est inférieure à la tension à la cathode, la diode agit comme un interrupteur ouvert. Par conséquent, aucun courant ne traverse la diode. Dans ces conditions, la diode est dite à polarisation inverse, comme le montre la figure 6.[pic 4]

1. Lorsqu'une tension est appliquée aux bornes de la diode et que la tension à l'anode est supérieure à la tension à la cathode, la diode passe de l'état "éteint" (bloqué) à l'état "allumé" (conducteur). Dans ce cas, la diode est dite polarisée en direct : elle agit comme un interrupteur fermé, permettant au courant de circuler de l'anode vers la cathode, comme le montre la figure 7[pic 5]

1. Tant que le courant traverse la diode, la diode reste polarisée en direct et agit comme un interrupteur fermé. Lorsque le courant cesse de traverser la diode (même pendant un laps de temps très court), la diode devient comme un interrupteur ouvert et la tension aux bornes de la diode tombe à 0 V, comme le montre la figure 8.[pic 6]

Courbe caractéristique tension-courant d'une diode

La courbe caractéristique d'une diode représente le courant traversant la diode en fonction de la tension aux bornes. La figure 10 montre la courbe caractéristique d'une diode idéale et celle d'une diode réelle.

1.  Diode idéale : lorsque la diode est polarisée en inverse, elle agit comme un parfait isolant. Par conséquent, aucun courant ne traverse la diode. Lorsque la diode est polarisée en direct, elle agit comme un conducteur parfait. Par conséquent, le courant traverse la diode sans chute de tension à travers la diode.

2- Diode réelle : lorsque la diode est polarisée en inverse, un petit courant de fuite la traverse. Lorsque la diode est polarisée en direct, le courant qui la traverse augmente très rapidement à mesure que la tension augmente jusqu'à ce que la diode devienne entièrement conductrice. Notez que la diode conduit peu lorsque la tension directe est inférieure à la valeur minimale, appelée tension de genou.

La tension de genou est la chute de tension aux bornes de la diode (généralement 0,7 V dans le cas d'une diode au silicium) lorsque le courant commence à augmenter très rapidement.

[pic 7]

Redresseur monophasé demi-onde

Un redresseur demi-onde monophasé se compose simplement d'une diode connectée entre une source de tension alternative et une charge (résistance R), comme le montre la figure 11a

[pic 8]

[pic 9]

La diode fonctionne comme un interrupteur à grande vitesse, permettant au courant de circuler uniquement pendant la demi-onde positive de la tension source Eo.

 À ​​l'instant t0, la tension source est nulle. Par conséquent, la tension aux bornes de la diode est nulle et elle agit comme un interrupteur ouvert, empêchant le courant de traverser le circuit. La tension aux bornes de la charge (la tension de sortie du redresseur Eo) est donc nulle.

Pendant la moitié positive de la forme d'onde de tension source (c'est-à-dire entre les instants t0 et t1), la diode est polarisée en direct, permettant au courant de circuler dans le circuit. Par conséquent, les formes d'onde du courant et de la tension de sortie du redresseur ont la même forme que la forme d'onde de tension source. La chute de tension aux bornes de la diode est très faible : elle est égale à la tension au genou.

À ​​l'instant t1, le courant de charge (courant de diode) devient 0 et la diode cesse de conduire le courant (c'est-à-dire que la diode s'éteint).

Pendant la moitié négative de la forme d'onde de la tension source (c'est-à-dire entre les instants t1 et t2), la diode est polarisée en inverse, empêchant le courant de traverser le circuit. Par conséquent, le courant et la tension de sortie du redresseur sont nuls. Pendant ce temps, toute la tension appliquée par la source (moitié négative de la tension de source) est présente aux bornes de la diode.

La valeur maximale de cette tension est appelée tension de crête inverse, ou parfois la tension inverse de crête (PIV). Il correspond à la tension maximale que la diode doit supporter lorsqu'elle est polarisée en inverse.

 La tension de charge (tension de sortie du redresseur) est donc une pulsation tension positive pendant la moitié du cycle de tension source et nulle pendant l'autre moitié de ce cycle. La tension de sortie du redresseur est unipolaire car elle conserve la même polarité (positive) pendant tout le cycle. Cela se produit car le courant ne peut circuler que dans une seule direction.

En négligeant la chute de tension aux bornes de la diode, l'amplitude de la tension de sortie du redresseur Eo, max est égale à l'amplitude de la tension source Es, max. La valeur moyenne de la tension continue à la sortie du redresseur Eo,avg est égale à 0,318 Es, max ou 0,45 Es, rms.

La diode utilisée dans le redresseur de la figure 11 a un angle de conduction de 180 °, ce qui signifie qu'elle conduit le courant pendant la moitié du cycle entier (le cycle entier correspondant à 360 °).

Étant donné que les redresseurs demi-ondes monophasés alimentent la charge uniquement pendant la moitié du cycle de la source d'alimentation en courant alternatif, ils n'ont pas l'efficacité requise par la plupart des applications. En outre, le courant de sortie de ces redresseurs à une composante moyenne non nulle (cc) qui circule à travers la source d'alimentation en courant alternatif, c'est-à-dire le réseau électrique, ce qui est hautement indésirable. Par conséquent, les redresseurs monophasés pleine onde sont utilisés dans la plupart des applications au lieu des redresseurs monophasés demi-onde.

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