Convertisseur de puissance
Figure 1 : Un convertisseur de puissance
Un convertisseur de puissance est un circuit électrique qui convertit l'énergie électrique d'une forme à une autre, en utilisant généralement une action de commutation à haute fréquence. Cette conversion peut se faire du courant continu au courant alternatif ou du courant alternatif au courant continu pour augmenter ou diminuer la tension ou changer la polarité. Le convertisseur sert également de lien entre la source d'énergie et la sortie de l'alimentation. Il traite et contrôle le flux d'énergie électrique en fournissant des courants et des tensions sous la forme requise pour les charges de l'utilisateur final. Les convertisseurs sont disponibles sous la forme d'un simple transformateur ou d'un transformateur plus complexe, en fonction de l'application. Cet article présente les différents types de convertisseurs de puissance.
Table des matières
- Courant alternatif et courant continu
- Types de convertisseurs de puissance
- Convertisseurs CA/CC
- Convertisseurs de courant continu en courant alternatif
- Convertisseurs DC à DC
- Convertisseurs CA à CA
- FAQ
Consultez notre sélection de transformateurs en ligne !
Courant alternatif et courant continu
Le courant alternatif (CA) désigne le courant électrique dont le sens s'inverse périodiquement. C'est le type de courant qui alimente votre maison ou votre entreprise. Il s'agit de la prise sur laquelle les appareils sont branchés. Les alternateurs produisent des courants alternatifs.
En revanche, le courant continu (DC) ne circule que dans une seule direction. Dans un courant continu, les électrons se déplacent d'une région de charge négative à une région de charge positive sans changer de direction. La source d'énergie la plus fréquente pour le courant continu est la batterie, qui alimente les téléphones portables, les automobiles et les lampes de poche.
Types de convertisseurs de puissance
Le type de conversion permet de classer les convertisseurs de puissance. Ils se répartissent généralement en quatre catégories :
- Convertisseurs de courant alternatif en courant continu : Les convertisseurs CA/CC convertissent le courant alternatif en courant continu à l'aide d'un redresseur.
- Convertisseurs de courant continu en courant alternatif : Les convertisseurs de courant continu en courant alternatif prennent le courant continu et le convertissent en courant alternatif de la tension et de la fréquence souhaitées. Il s'agit d'onduleurs.
- Convertisseurs de courant continu à courant continu : Ces convertisseurs transforment un courant constant en un courant variable ou un courant continu constant. Ces dispositifs sont également appelés "choppers".
- Convertisseurs de courant alternatif à courant alternatif : Les convertisseurs de courant alternatif à courant alternatif sont souvent appelés cycloconvertisseurs ou convertisseurs matriciels. Ces appareils convertissent un courant alternatif d'une fréquence ou d'une tension spécifique provenant d'une source de courant alternatif en une tension alternative différente.
Convertisseurs CA/CC
L'un des éléments essentiels de la conversion électrique est le passage des courants alternatifs aux courants continus. Les applications, connues sous le nom de convertisseurs CA - CC, convertissent le courant alternatif en un courant continu unidirectionnel. Les transformateurs ajustent la source de courant alternatif, réduisant la tension pour une meilleure plage opérationnelle de l'alimentation en courant continu. Cette conversion du courant alternatif au courant continu a pris de l'importance ces dernières années en raison du nombre de technologies installées dans les foyers qui nécessitent du courant continu pour être rechargées.
Cette conversion du courant alternatif en courant continu est une rectification, et le convertisseur est appelé redresseur. En outre, une série de diodes convertit l'alimentation en courant alternatif en courant continu. L'onde alternative sinusoïdale est ainsi transformée en une série de pics positifs. Un transformateur ajuste le courant de la source à une tension plus gérable pour l'utiliser dans l'alimentation en courant continu.
Processus de conversion de courant alternatif en courant continu
Le courant alternatif fourni par le transformateur abaisseur est converti en courant continu au niveau de la connexion de l'extrémité de la charge à l'aide du redresseur. Tous les redresseurs ne sont pas identiques et les différents types font référence à leurs fonctions, à savoir les redresseurs à demi-onde, les redresseurs à onde pleine et les redresseurs à pont.
Un redresseur demi-onde ou un redresseur pleine onde peut être utilisé pour convertir une tension alternative en tension continue. Une tension alternative (étiquetée A) est appliquée aux enroulements primaires du transformateur abaisseur (Figure 2 étiquetée B). Une tension correspondante est induite dans les enroulements secondaires. Souvent, les transformateurs abaissent la tension pour l'utiliser dans des équipements qui ont besoin d'être alimentés à un niveau inférieur. Lorsque le courant alternatif disponible est de 230 volts, le transformateur abaisseur peut le convertir en 12 volts.
La diode (Figure 2 étiquetée D) devient polarisée vers l'avant (état ON) et conduit le courant, initiant le flux de courant à travers la résistance de charge (Figure 2 étiquetée R). Une diode permet au courant de circuler dans un seul sens. Pendant le cycle négatif de la tension d'entrée, une tension négative correspondante est induite dans le côté secondaire, et la diode ne conduit pas. Il n'y a donc pas de flux à travers la résistance de sortie pendant le cycle négatif de la tension d'entrée, car la diode se comporte comme un circuit ouvert. Par conséquent, la sortie ne donne que des cycles positifs alternés.
Figure 2 : Circuit redresseur demi-onde
Pour les applications pratiques, un condensateur est connecté à la sortie en parallèle avec la résistance (voir figure 3). Le condensateur agit comme un filtre qui lisse la tension de sortie pulsée jusqu'au niveau de courant continu approprié. Lisez notre article sur les transformateurs de courant alternatif en courant continu pour plus de détails sur le processus de rectification.
Un circuit intégré régulateur de tension régule la tension de sortie à la valeur fixe souhaitée. C'est l'étape finale de la conversion du courant alternatif en courant continu dans la tension de sortie au volume désiré.
Figure 3 : Redresseur demi-onde avec filtre à condensateur
Avantages d'un convertisseur AC-DC
Un convertisseur de courant alternatif en courant continu présente trois avantages importants.
- Compact : Les appareils qui nécessitent des convertisseurs AC-DC utilisent les tailles les plus petites possibles pour convertir efficacement le courant, ce qui permet d'obtenir des appareils plus petits. Dans un environnement industriel, les convertisseurs AC-DC sont légers et faciles à installer.
- Efficacité énergétique : Les convertisseurs AC-DC éliminent le besoin d'onduleurs et de convertisseurs supplémentaires parce qu'ils sont efficaces et réduisent les pannes d'équipement.
- Moins cher : La conversion du courant à une tension inférieure permet aux utilisateurs d'économiser de l'argent sur la consommation d'énergie.
Applications
Les convertisseurs CA/CC sont utilisés dans la plupart des appareils ménagers, tels que les réfrigérateurs, les ordinateurs, les téléviseurs et les chargeurs d'appareils électroniques portatifs tels que les téléphones portables ou les tablettes. Ils jouent également un rôle essentiel dans les équipements médicaux, l'industrie aérospatiale et les systèmes de transport. Les utilisations domestiques et industrielles dépendent fortement des convertisseurs AC-DC.
Convertisseurs de courant continu en courant alternatif
La conversion du courant continu en courant alternatif est peut-être moins fréquente. Un onduleur convertit un courant continu unidirectionnel en un courant alternatif inversé. Les convertisseurs de courant continu en courant alternatif peuvent être conçus de multiples façons. Une méthode courante consiste à utiliser un oscillateur et un transformateur élévateur.
Un oscillateur est un circuit électronique utilisant des transistors et d'autres dispositifs semi-conducteurs pour générer un signal alternatif à partir d'une petite source de tension continue. Le signal CA peut ensuite être amplifié à l'aide d'un transformateur élévateur jusqu'à l'amplitude de tension souhaitée.
Limites de la conversion du courant continu en courant alternatif
La conversion du courant continu en courant alternatif présente quelques limites.
- L'utilisation de transistors réduit l'efficacité du circuit.
- Les transistors de commutation peuvent entraîner une distorsion transversale, mais celle-ci peut être réduite par des diodes d'atténuation.
Applications
Le passage du courant continu au courant alternatif sert principalement à charger les batteries des véhicules. Mais ce courant peut également alimenter des moteurs à courant alternatif de faible puissance et des systèmes solaires.
Figure 4 : Convertisseur de courant continu en courant alternatif utilisé dans les voitures
Convertisseurs DC à DC
Certaines applications consistent à convertir une source de courant continu en une autre tension de courant continu. Un convertisseur CC/CC prélève une tension d'entrée CC à son entrée et délivre une tension CC différente. La tension continue de sortie peut être inférieure ou supérieure à la tension d'entrée appliquée. Les convertisseurs de courant continu à courant continu sont disponibles sous forme de circuits intégrés (CI) individuels, ne nécessitant que très peu de composants supplémentaires pour leur fonctionnement.
Applications
Les téléphones cellulaires et les ordinateurs portables sont alimentés par des batteries, mais contiennent des sous-circuits qui régulent la tension requise, différente de celle des batteries.
Convertisseurs CA à CA
Les convertisseurs de courant alternatif à courant alternatif sont des dispositifs qui convertissent une forme d'onde de courant alternatif d'une forme à une autre. La tension et la fréquence de sortie sont gérées en fonction de l'utilisation et des besoins de l'appareil. L'un des moyens d'y parvenir consiste à utiliser des dispositifs semi-conducteurs spéciaux (tels que des thyristors) pour activer et désactiver la tension d'entrée dans un circuit, de sorte que la tension moyenne à la sortie puisse varier en fonction de l'application.
Applications
Des applications simples permettent de contrôler la vitesse des moteurs, la gradation des lampes ou le contrôle de la chaleur.
FAQ
À quoi sert un convertisseur de puissance ?
Les convertisseurs de puissance sont essentiels pour transformer le courant électrique alternatif de nos maisons en courant continu utilisé pour alimenter les appareils, charger les batteries et faire fonctionner les équipements de bureau.
Les chargeurs de téléphone ont-ils besoin d'un convertisseur ?
La plupart des appareils mobiles qui nécessitent un chargeur de batterie n'ont pas besoin d'un convertisseur séparé.
En quoi les convertisseurs et les onduleurs sont-ils différents ?
Un convertisseur convertit le courant alternatif en courant continu, tandis qu'un onduleur convertit le courant continu en courant alternatif.
