IGBT Control System
Commande d'un pont onduleur triphasé avec Arduino Mega 2560
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Présentation du projet "IGBT Control System"
Ce projet vise à concevoir un système de commande d'un pont onduleur triphasé à l'aide d'une carte Arduino Mega 2560. L'objectif est de piloter un moteur triphasé en générant des signaux PWM sinusoïdaux pour contrôler sa vitesse et son sens de rotation, grâce à un potentiomètre et des boutons poussoirs. Un capteur de courant sera utilisé pour surveiller la consommation et ajuster dynamiquement la commande. La carte de commande intègrera des optocoupleurs afin d'assurer une isolation galvanique entre la commande et les IGBT, garantissant ainsi la sécurité du système. Enfin, un temps mort (dead time) sera introduit entre les commandes des IGBT pour éviter les courts-circuits, en s'assurant qu'aucun transistor d'une même branche ne soit activé simultanément.
- Dominique LAMBERT - Technicien spécialisé en électronique
- Enseignant en Sciences et Technologie
- Créateur du projet
"L'innovation, c'est transformer une idée en réalité"
"Faire, c'est comprendre"
01
Les bases de l'onduleur triphasé
Qu’est-ce que l’onduleur triphasé ? À quoi sert-il ?
■ Rôle principal
Un onduleur triphasé est un dispositif électronique de puissance qui convertit une source de courant continu (DC) en une source de courant alternatif (AC) triphasé. Autrement dit, il transforme une tension continue, en trois tensions alternatives déphasées de 120 degrés. Les onduleurs triphasés sont largement utilisés dans les systèmes d'entraînement de moteurs industriels, les alimentations sans interruption (ASI) pour des équipements critiques, et les installations de production d'énergie renouvelable, telles que les systèmes photovoltaïques, pour injecter l'énergie produite dans le réseau électrique triphasé.
■ Représentation graphique
01
Qu’est-ce que l’IGBT ? À quoi sert-il ?
Qu’est-ce que l’IGBT ? À quoi sert-il ?
■ Fonctionnement L'IGBT ( Insulated Gate Bipolar Transistor ) est contrôlé par une tension appliquée à sa grille (comme un MOSFET). Lorsque la tension de grille dépasse un certain seuil, l'IGBT passe à l'état passant et permet au courant de circuler entre le collecteur et l'émetteur (comme un transistor bipolaire).
■ Caractéristiques principales Tension de seuil : Environ 4V, similaire à un MOSFET. Tension de commande : 10-15V pour l'état passant mais elle peut varier en fonction du modèle d'IGBT. Temps de commutation : 1-2 µs, permettant des commutations rapides. Capacité de puissance : Disponible pour des courants de quelques ampères à plus de 500A et des tensions jusqu'à 1500V. Fréquence de commutation : Jusqu'à 100 kHz.
■ Avantages Commutation rapide : Permet des applications à haute fréquence. Capacité de puissance élevée : Gère des courants et tensions importants. Facilité de commande : Contrôlé par une tension, comme un MOSFET.
■ Applications Variateurs de vitesse : Contrôle de la vitesse des moteurs électriques. Alimentations à découpage : Conversion de tension efficace. Onduleurs : Conversion de courant continu en courant alternatif. Soudage : Contrôle précis du courant de soudage. Chauffage par induction : Génération de chaleur par induction électromagnétique.
■ Inconvénients Chutes de tension directe : Plus importantes que les MOSFET, ce qui peut entraîner des pertes de puissance.
Qu’est-ce que l’IGBT ? À quoi sert-il ?
📌 1. Fonctionnement:
Le transistor bipolaire à grille isolée (IGBT) est une tentative de rapprochement des meilleures caractéristiques des technologies offertes par les transistors à jonctions bipolaires (BJT) et les transistors MOSFET. Composant utilisé dans l’électronique de puissance pour commuter des tensions et courants élevés. L'IGBT peut être comparé à un interrupteur. lorsqu’une tension de grille VGE positive par rapport à l’émetteur est appliquée, il y a conduction entre le collecteur et l’émetteur, et un courant de collecteur Ic circule.
Ic Courant collecteur
Vge
Comment est-il construit ?
■ Structure interne d'un transistor bipolaire à grille isolée (IGBT).
Le schéma présente une coupe transversale de l'IGBT, montrant les différentes couches et matériaux qui le composent.
Caractéristiques IGBT
■ Ce diagramme montre les caractéristiques de commutation de l'IGBT.
Les axes du graphique :
Axe vertical (Ic) : Représente le courant qui passe à travers l'IGBT, appelé "courant de collecteur". Plus on monte sur l'axe, plus le courant est fort.
Axe horizontal (Vce) : Représente la tension entre deux bornes de l'IGBT, appelées "collecteur" et "émetteur". Plus on va vers la droite, plus la tension est élevée.
Chaque ligne colorée montre comment le courant (Ic) change en fonction de la tension (Vce) pour une valeur différente de la tension de la "grille" (Vge). La grille est comme un robinet qui contrôle le courant.
Vge1, Vge2, Vge3, Vge4 : Ce sont les différentes valeurs de la tension de la grille. Plus le numéro est élevé (Vge4), plus la tension de la grille est forte.
Cut-Off Region (Zone de blocage) : C'est la zone en bas du graphique. Ici, le courant (Ic) est très faible, presque nul. L'IGBT est comme un interrupteur éteint.
Active Region (Zone active) : C'est la zone où les lignes colorées montent. Ici, le courant (Ic) augmente rapidement avec la tension (Vce). L'IGBT est comme un robinet qui s'ouvre progressivement.
Saturation : C'est la zone en haut du graphique où les lignes colorées deviennent presque horizontales. Ici, le courant (Ic) ne change plus beaucoup même si la tension (Vce) augmente. L'IGBT est comme un robinet grand ouvert.
Caractéristiques IGBT
■ Ce schéma représente le circuit équivalent d'un IGBT (Transistor Bipolaire à Grille Isolée)
Les composants du schéma :
- Transistor PNP : Il contrôle le courant entre le collecteur (C) et l'émetteur (E). Dans ce modèle, il représente la partie de l'IGBT qui gère le courant de puissance élevé.
- N -Channel MOSFET : Il contrôle le courant qui entre dans la base du transistor PNP. Il agit comme un interrupteur contrôlé par la tension appliquée à la grille (G). Dans ce modèle, il représente la partie de l'IGBT qui permet un contrôle facile par une tension.
- Gate (G) : C'est la borne de contrôle du MOSFET. Une tension appliquée ici contrôle le courant qui passe à travers le MOSFET.
- Collector (C) : C'est l'une des bornes principales de l'IGBT.Le courant entre par cette borne.
- Emitter (E) : C'est l'autre borne principale de l'IGBT.Le courant sort par cette borne.
👨🏫Étude de la carte de commande avec optocoupleur HCPL-316J
Le HCPL-316J est un optocoupleur de commande de grille conçu pour piloter les transistors IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistors). Il est fabriqué par Broadcom (anciennement Avago Technologies).
Le HCPL-316J est un optocoupleur spécialisé pour la commande de transistors IGBT et MOSFET en haute tension et haute fréquence. Il intègre une isolation galvanique et une protection contre les défauts, ce qui le rend idéal pour la commande de ponts triphasés et d'onduleurs.
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Fonctionnement du HCPL-316J
Le HCPL-316J est un dispositif de commande de puissance hautement intégré qui regroupe tous les composants nécessaires pour un circuit de commande isolé de porte d’IGBT avec protection contre les défauts et retour d’état dans un boîtier SO-16.
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Explication du fonctionnement :
- Contrôle par la grille (G) :
Lorsqu'une tension est appliquée à la grille (G), le MOSFET canal N s'active.
Cela permet au courant de circuler à travers le MOSFET.
- Activation du transistor PNP :
Le courant qui passe à travers le MOSFET est utilisé pour activer le transistor PNP.
Une fois activé, le transistor PNP permet à un courant beaucoup plus important de circuler entre le collecteur (C) et l'émetteur (E).
- Fonctionnement comme un interrupteur :
En contrôlant la tension à la grille (G), on peut contrôler le courant qui passe à travers le MOSFET et, par conséquent, le courant qui passe à travers le transistor PNP.
Cela permet à l'IGBT de fonctionner comme un interrupteur électronique.
Dans cette vidéo, nous examinons le fonctionnement des onduleurs. Nous nous intéressons aux onduleurs utilisés dans les voitures et à l'énergie solaire pour comprendre les bases de leur fonctionnement. Nous abordons ensuite les principes de base de l'électricité, le courant continu, CC, CA, le courant alternatif, le courant monophasé, le courant triphasé, l'électricité, la modulation de largeur d'impulsion, les variateurs de vitesse, le redressement triphasé.
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Commande d'un pont onduleur triphasé avec Arduino Mega 2560
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Transcript
IGBT Control System
Commande d'un pont onduleur triphasé avec Arduino Mega 2560
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Présentation du projet "IGBT Control System"
Ce projet vise à concevoir un système de commande d'un pont onduleur triphasé à l'aide d'une carte Arduino Mega 2560. L'objectif est de piloter un moteur triphasé en générant des signaux PWM sinusoïdaux pour contrôler sa vitesse et son sens de rotation, grâce à un potentiomètre et des boutons poussoirs. Un capteur de courant sera utilisé pour surveiller la consommation et ajuster dynamiquement la commande. La carte de commande intègrera des optocoupleurs afin d'assurer une isolation galvanique entre la commande et les IGBT, garantissant ainsi la sécurité du système. Enfin, un temps mort (dead time) sera introduit entre les commandes des IGBT pour éviter les courts-circuits, en s'assurant qu'aucun transistor d'une même branche ne soit activé simultanément.
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01
Les bases de l'onduleur triphasé
Qu’est-ce que l’onduleur triphasé ? À quoi sert-il ?
■ Rôle principal
Un onduleur triphasé est un dispositif électronique de puissance qui convertit une source de courant continu (DC) en une source de courant alternatif (AC) triphasé. Autrement dit, il transforme une tension continue, en trois tensions alternatives déphasées de 120 degrés. Les onduleurs triphasés sont largement utilisés dans les systèmes d'entraînement de moteurs industriels, les alimentations sans interruption (ASI) pour des équipements critiques, et les installations de production d'énergie renouvelable, telles que les systèmes photovoltaïques, pour injecter l'énergie produite dans le réseau électrique triphasé.
■ Représentation graphique
01
Qu’est-ce que l’IGBT ? À quoi sert-il ?
Qu’est-ce que l’IGBT ? À quoi sert-il ?
■ Fonctionnement L'IGBT ( Insulated Gate Bipolar Transistor ) est contrôlé par une tension appliquée à sa grille (comme un MOSFET). Lorsque la tension de grille dépasse un certain seuil, l'IGBT passe à l'état passant et permet au courant de circuler entre le collecteur et l'émetteur (comme un transistor bipolaire).
■ Caractéristiques principales Tension de seuil : Environ 4V, similaire à un MOSFET. Tension de commande : 10-15V pour l'état passant mais elle peut varier en fonction du modèle d'IGBT. Temps de commutation : 1-2 µs, permettant des commutations rapides. Capacité de puissance : Disponible pour des courants de quelques ampères à plus de 500A et des tensions jusqu'à 1500V. Fréquence de commutation : Jusqu'à 100 kHz.
■ Avantages Commutation rapide : Permet des applications à haute fréquence. Capacité de puissance élevée : Gère des courants et tensions importants. Facilité de commande : Contrôlé par une tension, comme un MOSFET.
■ Applications Variateurs de vitesse : Contrôle de la vitesse des moteurs électriques. Alimentations à découpage : Conversion de tension efficace. Onduleurs : Conversion de courant continu en courant alternatif. Soudage : Contrôle précis du courant de soudage. Chauffage par induction : Génération de chaleur par induction électromagnétique.
■ Inconvénients Chutes de tension directe : Plus importantes que les MOSFET, ce qui peut entraîner des pertes de puissance.
Qu’est-ce que l’IGBT ? À quoi sert-il ?
📌 1. Fonctionnement:
Le transistor bipolaire à grille isolée (IGBT) est une tentative de rapprochement des meilleures caractéristiques des technologies offertes par les transistors à jonctions bipolaires (BJT) et les transistors MOSFET. Composant utilisé dans l’électronique de puissance pour commuter des tensions et courants élevés. L'IGBT peut être comparé à un interrupteur. lorsqu’une tension de grille VGE positive par rapport à l’émetteur est appliquée, il y a conduction entre le collecteur et l’émetteur, et un courant de collecteur Ic circule.
Ic Courant collecteur
Vge
Comment est-il construit ?
■ Structure interne d'un transistor bipolaire à grille isolée (IGBT).
Le schéma présente une coupe transversale de l'IGBT, montrant les différentes couches et matériaux qui le composent.
Caractéristiques IGBT
■ Ce diagramme montre les caractéristiques de commutation de l'IGBT.
Les axes du graphique :
Axe vertical (Ic) : Représente le courant qui passe à travers l'IGBT, appelé "courant de collecteur". Plus on monte sur l'axe, plus le courant est fort.
Axe horizontal (Vce) : Représente la tension entre deux bornes de l'IGBT, appelées "collecteur" et "émetteur". Plus on va vers la droite, plus la tension est élevée.
Chaque ligne colorée montre comment le courant (Ic) change en fonction de la tension (Vce) pour une valeur différente de la tension de la "grille" (Vge). La grille est comme un robinet qui contrôle le courant. Vge1, Vge2, Vge3, Vge4 : Ce sont les différentes valeurs de la tension de la grille. Plus le numéro est élevé (Vge4), plus la tension de la grille est forte.
Cut-Off Region (Zone de blocage) : C'est la zone en bas du graphique. Ici, le courant (Ic) est très faible, presque nul. L'IGBT est comme un interrupteur éteint. Active Region (Zone active) : C'est la zone où les lignes colorées montent. Ici, le courant (Ic) augmente rapidement avec la tension (Vce). L'IGBT est comme un robinet qui s'ouvre progressivement. Saturation : C'est la zone en haut du graphique où les lignes colorées deviennent presque horizontales. Ici, le courant (Ic) ne change plus beaucoup même si la tension (Vce) augmente. L'IGBT est comme un robinet grand ouvert.
Caractéristiques IGBT
■ Ce schéma représente le circuit équivalent d'un IGBT (Transistor Bipolaire à Grille Isolée)
Les composants du schéma :
👨🏫Étude de la carte de commande avec optocoupleur HCPL-316J
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Le HCPL-316J est un optocoupleur spécialisé pour la commande de transistors IGBT et MOSFET en haute tension et haute fréquence. Il intègre une isolation galvanique et une protection contre les défauts, ce qui le rend idéal pour la commande de ponts triphasés et d'onduleurs.
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Fonctionnement du HCPL-316J
Le HCPL-316J est un dispositif de commande de puissance hautement intégré qui regroupe tous les composants nécessaires pour un circuit de commande isolé de porte d’IGBT avec protection contre les défauts et retour d’état dans un boîtier SO-16.
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Explication du fonctionnement :
Dans cette vidéo, nous examinons le fonctionnement des onduleurs. Nous nous intéressons aux onduleurs utilisés dans les voitures et à l'énergie solaire pour comprendre les bases de leur fonctionnement. Nous abordons ensuite les principes de base de l'électricité, le courant continu, CC, CA, le courant alternatif, le courant monophasé, le courant triphasé, l'électricité, la modulation de largeur d'impulsion, les variateurs de vitesse, le redressement triphasé.
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