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1 Convertisseurs hautes performances Année 2004-2005 Maître douvrage: Mr CHAZAL Coordinateur: Mr BONGIRAUD Projet P21 – Groupe NC03.

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1 1 Convertisseurs hautes performances Année Maître douvrage: Mr CHAZAL Coordinateur: Mr BONGIRAUD Projet P21 – Groupe NC03

2 2 Remerciements Mr. CHAZAL, Mr. BONGIRAUD, Et toute léquipe du LEG.

3 3 Présentation de léquipe Groupe composé de : Jaouad BEN AISSA Julien BŒUF Gaëtan CANIVET Hédi KHARRAT Benoît LENOTTE François ORLIAC Stéphane PASQUALE Philippe PELLETIER Philippe FRANCESCHINI (Chef de projet)

4 4 Présentation du projet Contexte Gestion et traitement de lénergie imposent omniprésence de lélectronique de puissance. Contraintes sur les convertisseurs. Modularité de la puissance à fournir, donc idée dassociations de convertisseurs unitaires Objectif Réalisation de convertisseurs de très hautes performances pouvant être associés

5 5 Gestion de projet

6 6 Pourquoi une gestion de projet? Condition sine qua non dun projet Notion nouvelle pour presque tous les membres du groupe Nécessité dimplication

7 7 Lancement du projet Définition du cahier des charges Point de départ dune gestion de projet est létablissement dun cahier des charges. Défini lors de la première réunion avec le maître douvrage A évolué en cours de projet en fonction de nos investigations Présenté dans la partie technique

8 8 Établissement du planning Réalisé sous MS Project Identification des tâches à réaliser Affectation de ces tâches aux différents membres du groupe en fonction des compétences Lancement du projet

9 9 Déroulement du projet Durée du projet : 14 semaines. Importance de la communication au sein du groupe, et également deffectuer un suivi de projet.

10 10 Mis a disposition par lENSIEG Permet déchanger des fichiers Utilisation Débuts difficiles puis bonne utilisation Comprend tous les documents de gestion de projet Outil PhProjekt

11 11 Suivi du projet Comptes rendus de réunion Réunions hebdomadaires Comptes rendus écrits par lensemble de léquipe en collaboration avec le chef de projet Distribués à léquipe en fin de réunion

12 12 Suivi du projet Mise à jour du planning Réalisée par le chef de projet hebdomadairement Commentaire du planning final

13 13

14 14 Suivi du projet Tableau de bord Par le choix dindicateurs judicieux permet dobtenir dun simple coup dœil les points forts et faibles du projet. Informations récoltées lors des réunions Commentaire du tableau de bord final

15 15 Tableau de bord final

16 16 Commentaires tableau de bord

17 17 Tableau de bord final

18 18 Commentaires tableau de bord

19 19 Tableau de bord final

20 20 Commentaires tableau de bord

21 21 Tableau de bord final

22 22 Suivi du projet Reportings Tous les 15 jours séance de reporting Permet de faire le bilan sur le projet Un membre différent en assure la présentation

23 23 Suivi du projet Notes internes Établies afin dobtenir une communication des plus efficaces au sein du groupe. Ont permis déclaircir des points particuliers

24 24 Estimation du coût global du projet Budget dépensé 190 euros Coût travail des personnes + salle EPTE euros Coût global euros

25 25 Site Internet Un site développé sous Wiki qui se veut informatif: Sur le contenu de notre travail sur le déroulement dun projet collectif à lENSIEG Développement en parallèle dun site sur une page personnelle plus esthétique plus axé sur laspect commercial du projet. promotion du LEG, hébergé sur leur serveur

26 26 Auto-évaluation

27 27 Bilan de la gestion de projet Perçu comme très enrichissant par léquipe. Au-delà de la frustration de ne pas avoir atteint notre but, nous avons été confronté aux aléas dun projet (problème de fournisseurs, théorie fonctionnant mais technique ne suivant pas) que lon risque de retrouver au quotidien dans notre future vie active.

28 28 Partie technique

29 29 Cahier des charges initial Convertisseur DC – DC avec isolation galvanique Puissance transmissible20W Tension dentréeQuelques dizaines de volts Fréquence30 kHz Tension dalimentation auxiliaire Aucune Associations possiblesSérie - Série Parallèle - Parallèle Parallèle - Série Série - Parallèle

30 30 Cahier des charges final 1.2. Convertisseur DC – DC Puissance transmissible20W Tension dentrée20 V ISOLATIONGrâce à un transformateur COMMANDETension de référence variable et proportionnelle au rapport cyclique COURANT NOMINALI moyen = 1A, I max = 1.75 A (ondulation maximum de courant = 150% Fréquence100 kHz RENDEMENT>90% idéal RAPPORT Vsortie/Ventrée max1 (Vs=20V, Ve=20V) Association possiblesSérie – Série, Parallèle – Parallèle, Parallèle – Série, Série – Parallèle

31 31 Cahier des charges final 2.2. STRUCTUREConvertisseur DC-AC: Onduleur pont complet (4 Mosfets). Isolation: Transformateur (k = 1). Convertisseur AC-DC: Redresseur pont complet auto commandé (4 Mosfets). PACKAGING A été défini avec soin pour répondre aux contraintes de refroidissement et de facilité de mise en série, parallèle suivant les puissances désirées (soit en courant, soit en tension). REGULATIONUne régulation de puissance en se basant sur la température du convertisseur devra être mise en place. Une régulation de tension externe devra également être réalisée afin dassurer le fonctionnement du convertisseur global. CONTRAINTES GLOBALESPertes et volume minimaux.

32 32 Étude théorique

33 33 Synoptique Global

34 34 Choix de structure primaire: Étude des différentes structures possibles. Choix dun montage complet Push-Pull équipé de Mosfets canal N et canal P. 2 commandes de grille uniquement Choix des Mosfets Détermination de la fréquence et du taux dondulation du courant. Calcul des pertes en fonction des différents paramètres (f, V, Imoy) Nécessité de créer un outil informatique générique permettant une évolutivité du choix des Mosfets. Onduleur

35 35 Synoptique Global

36 36 Transformateur Dimensionnement: Établissement des équations électromagnétiques Choix du matériau Dépendance de la fréquence Évolution possible tout au long du projet. Nécessité de créer un outil informatique générique permettant une évolutivité du choix du transformateur.

37 37 Synoptique Global

38 38 Redresseur Choix de structure secondaire: Étude des différentes structures possibles. Choix dun montage pont en H, afin davoir un redresseur double alternance. Montage autonome dun point de vue commande Choix des Semi-conducteurs Comparaison entre utilisation de diodes et Mosfets. Auto commande du redresseur Choix des Mosfets: type, dimensionnement

39 39 Synoptique Global

40 40 Commande Commander les interrupteurs: Horloge, Décalage, Temps morts, Faire le lien avec la régulation: Valeur moyenne, Puissance, Globale.

41 41 Commande Deux solutions: Utilisation dun FPGA Mais: Utilisation de régulateurs ROM (Read Only Memory) Circuit de programmation in situ Valeur moyenne Puissance Composant Logique Programmable FPGA ADC DAC Décalage Bras1 Bras2

42 42 Commande Utilisation dun composant dédié

43 43 Synoptique Global

44 44 Régulation de puissance Régulation interne pour: Équilibrer le fonctionnement des convertisseurs Garantir des tensions ou des courants identiques selon les associations Éviter la surchauffe Contraintes: Peu de puissance Faible dimension Régulation thermique

45 45 Régulation de puissance Principe: Thermocouples. Comparaison des Températures entre le centre et les bords. Réajuster la commande

46 46 Régulation de puissance

47 47 Synoptique Global

48 48 Régulation de la valeur moyenne Dissymétrie des temps de conduction

49 49 Régulation de la valeur moyenne Extraction de la tension moyenne: Recherche dune solution simple: filtre R-C. Simulation dun filtre R-C. Adaptation de la consigne Réglage des temps morts Utilisation de résistances pilotées en tension

50 50 Packaging

51 51 Contraintes Un système permettant dobtenir les liaisons voulues entre les convertisseurs. + sortie - + entrée - + sortie - + entrée - Série-Série + sortie - + entrée - + sortie - + entrée - Parallèle-Parallèle + sortie - + entrée - + sortie - + entrée - Parallèle-Série + sortie - + entrée - + sortie - + entrée - Série-Parallèle

52 52 Contraintes Une méthode pour relier les convertisseurs avec le moins de pertes possible. Un boîtier capable de dissiper les pertes.

53 53 Solutions envisagées Pour les connections : choix des connections par agencement spatial des boîtiers Liaison par des connecteurs externes tels que des bus barre. commande électronique du type de connexion : on impose électroniquement ce qui correspond à chaque connectique. Pour le refroidissement : Radiateur par bloc Ventilation Radiateur sur une structure externe

54 54 Solution retenue Pour les connections : Liaisons faites par blocs de 10 convertisseurs dans une même configuration entrée-sortie Pour le refroidissement : Deux radiateurs par bloc Utilisation de résine thermo-conductrice Évolutions et améliorations : Structure du « pack » adaptable au nombre de convertisseurs en utilisant des éléments sécables.

55 55 Réalisation

56 56 Tests Test du composant de commande Compréhension datasheet (mode de protection, comparateur, …). Retard dans le câblage du composant. Commande décalée. Test de la structure Validation de londuleur et du redresseur avec des composants IRF. Vérification du fonctionnement des Mosfets en statique. Problème dans les temps de commutationCapacité en parallèle. Tests sur plaque à trous pour lassociation avec la commande Inductances parasites. Test de la régulation Validation indépendante du fonctionnement de la régulation de puissance. Test du transformateur Validation du transformateur.

57 57 Conclusion Objectif initial pas atteint Mais Étude théorique achevée Éléments fonctionnant séparément Projet enrichissant techniquement Approfondissement des cours délectronique de puissance Réflexion sur des éléments inédits tels que la régulation de puissance et le packaging

58 58 Questions


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