CHAPITRE 3: Convertisseurs de forte puissance
3.3. Double BOOST dual entrelacé :
3.3.1. Principe de fonctionnement :
Un des inconvénients du double BOOST entrelacé est la non réduction du courant dans les inductances.
Malgré qu’il y ait deux inductances, le courant moyen dans chacune reste la totalité du courant de la source. Ceci causera des difficultés lors du dimensionnement de ces inductances et le système est rendu plus complexe en raison du nombre de branches plus important. De plus, quel que soit l’état des
interrupteurs, le courant doit traverser deux SC en série. Cela veut aussi dire que les pertes semi conducteur seront doublées.
Fig. 3.19. Double BOOST dual entrelacé – IDD BOOST
Nous allons présenter dans cette partie une nouvelle structure, nommée IDD BOOST, qui possède des caractéristiques meilleures par rapport aux structures précédentes par, d’une part, une tension de dimensionnement des composants réduite comme dans le cas du double BOOST entrelacé et d’autre part, des courants réduits dans les inductances comme pour le BOOST entrelacé.
Le schéma de cette structure est illustré dans la figure 3.19. Il se compose de deux BOOST dont les entrées sont communes mais dont les sorties sont séparées par la charge.
Les transistors sont commandés avec un décalage de T/2. La tension de sortie de chaque BOOST peut être déterminée de façon classique :
VCsa = VCsb =
La tension de sortie est déterminée en regardant la maille de sortie :
α
Le rapport cyclique s’écrit :
1
V qui est le rapport de transformation de tension
Puisque Vs > VPAC,
Nous déduisons donc :
PAC
On constate ici que, si l'on désire avoir le même point de fonctionnement (même tension d'entrée et même tension de sortie), le rapport cyclique que nécessite le IDD BOOST est inférieur à celui du BOOST ou du double BOOST. Ceci est très intéressant pour les structures de type BOOST à grand rapport d’élévation de tension comme démontré dans la partie 3.1.2.2.
Pour étudier les formes d'ondes, comme dans le double BOOST, nous distinguons deux cas pour le rapport cyclique α < 0,5 et α > 0,5. La commande des transistors ainsi que les formes d’ondes en courants sont présentées dans la figure 3.20.
Le courant moyen fourni par la source est déterminé en équilibrant la puissance en entrée et en sortie : IPAC = s
Fig. 3.20. Stratégie de commande et formes d’ondes des courants
Ta Ta
3.3.2. Dimensionnement global :
3.3.2.1. Semi conducteurs :
• Tenue en tension : VT = VD = VCsa = VCsb =
2
PAC
s V
V +
• Courant moyen : ILa =
α
+ 1IPAC
Le transistor Ta conduit pendant αT, la diode Da conduit pendant (1- α)T donc : ITa = αILa =
α α
+
⋅ 1
IPAC
IDa = (1-α)ILa = IPAC
α α
+− 1
) 1
( = Is
3.3.2.2. Inductances :
• Courant moyen : ILa = ILb =
2
s
PAC I
I +
=1+
α
IPAC=1−
α
Is• Ondulation du courant dans l’inductance :
De 0 à αT, le transistor est fermé, l’inductance est chargée par la tension de source VPAC. Son courant évolue de la valeur minimale (à t = 0) à la valeur maximale (à t = αT). L’ondulation dans celui-ci est calculé par :
∆ILa = F L
VPAC
⋅
α
⋅• Ondulation du courant de la source : Le courant de la source : iPAC = iLa + ia = iLb + ib
L’ondulation des courants iLa et ia ainsi que iLb et ib sont les mêmes sauf qu’ils sont décalés de T/2. Donc, l’ondulation du courant de source est la même que dans le cas d’un BOOST à deux branches. S’il y a m’
branches dans chaque BOOST élémentaire, l’ondulation du courant de source de cette structure est équivalente à celle dans le BOOST à 2·m’ branches d’entrelacement. Le calcul de la relation entre l’ondulation du courant total et celle des courants élémentaires a été réalisé comme présenté dans le chapitre 2 :
∆iLk =
3.3.2.3. Condensateur de filtrage de la sortie :
• Tension de dimensionnement : VCsa = VCsb =
Comme dans le cas du double BOOST, bien qu’il y ait l’effet de l’entrelacement des tensions VCsa et VCsb, nous allons dimensionner les condensateurs Csa et Csb sans tenir compte de l’intérêt de celui-ci. Nous allons donc avoir un léger surdimensionnement de ces condensateurs.
Le courant dans le condensateur de sortie est calculé par :
∫
Pour 0 ≤ t ≤ αT, la diode Da est bloquée, le courant dans le condensateur Csa est égal au courant de charge Is et peut être considéré constant tandis que la tension VCsa varie de la valeur maximale à la valeur minimale. En intégrant cette expression dans l’intervalle (0, αT), nous obtenons :
F en entrée n’ondule pas.
Donc, la capacité est calculée par :
3.3.3. Exemples de simulation
Les formes d’ondes des commandes, des courants et des tensions seront présentées afin de mieux illustrer son principe de fonctionnement. Nous allons simuler pour deux cas α > 0,5 et α < 0,5.
a) α > 0,5 :
Commande des transistors Ta et Tb
0.0998 0.0999 0.1
0.09980 0.0999 0.1
50
Tension et courant du transistor Ta
iTa vTa
Fig. 3.22. Tension et courant du transistor Ta
0.099870 0.0999 0.1
Courant dans les branches
iLa iLb ia ib
Fig. 3.23. Courant dans les branches
0.09980 0.0999 0.1
50
Tension et courant de la diode Da
vDa iDa
Fig. 3.24. Tension et courant de la diode Da
0.0998 0.09985 0.0999 0.09995 0.1
350
Fig. 3.25. Tension de sortie et tension sur les condensateurs de sortie
0.0998 0.09985 0.0999 0.09995 0.1
60
Courant fourni par la source
iLa ia iPAC
Fig. 3.26. Courant fourni par la source et courant dans chaque branche.
Fig. 3.27. Commande des transistors
0.19980 0.1999 0.2
50
Tension et courant du transistor Ta
vTa iTa
Fig. 3.28. Tension et courant du transistor Ta
0.19980 0.1999 0.2
Courant dans les branches
iLa iLb ia ib
Fig. 3.29. Courant dans chaque branche
0.19980 0.1999 0.2
50
Tension et courant de la diode Da
vDa iDa
Fig. 3.30. Tension et courant dans la diode Da
0.19980 0.19985 0.1999 0.1995 0.2
Courant fourni par la source
iLa ia iPAC
Fig. 3.31. Courants fournis par la source
0.1998 0.1999 0.2
Fig. 3.32. Tension de sortie et tension sur les condensateurs