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Etude et Réalisation dun convertisseur Buck régulé en tension SYSTÈMES & ENERGIES - ESME SUDRIA.

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1 Etude et Réalisation dun convertisseur Buck régulé en tension SYSTÈMES & ENERGIES - ESME SUDRIA

2 SOMMAIRE I.Présentation et objectifs du projet II.Partie puissance III.Partie régulation IV.Résultats pratiques V.Conclusion 2Clara Degorce-Dumas Elodie Legeais Laetitia Marcone25/05/2013

3 Alimentation régulée en tension 60 à 70 W Tension dentrée 20 à 30 V Tension de sortie 15 V Rendement > 90% Sans isolation galvanique 3Clara Degorce-Dumas Elodie Legeais Laetitia Marcone25/05/2013 I.Présentation et objectifs du projet Cahier des charges :

4 Alimentation à découpage 4Clara Degorce-Dumas Elodie Legeais Laetitia Marcone25/05/2013 Apparue dans les années 70 Fréquences comprises entre 20 et 200kHz Isolée / non isolée 1. Généralités Avantages : Tension de sortie > ou < à la tension dentrée Réduction taille des composants de filtrage Réduction de la taille des transformateurs disolement inversement proportionnelle à la fréquence de découpage I.Présentation et objectifs du projet

5 5Clara Degorce-Dumas Elodie Legeais Laetitia Marcone25/05/2013 Choix de lalimentation à découpage : Sans isolation galvanique Abaisseur de tension I.Présentation et objectifs du projet 1. Généralités

6 6Clara Degorce-Dumas Elodie Legeais Laetitia Marcone25/05/ Convertisseur Buck Mosfet Fréquence de découpage: 80kHz Diode de roue libre I.Présentation et objectifs du projet

7 25/05/2013Clara Degorce-Dumas Elodie Legeais Laetitia Marcone7 Interrupteur MOSfet à létat passant MOSfet bloqué I.Présentation et objectifs du projet

8 8Clara Degorce-Dumas Elodie Legeais Laetitia Marcone25/05/2013 Dimensionnement générale Rendement > ou égale à 85 %. *Ve*Ie = Vs*Is rapport cyclique : α = Vs/ Ve = 0,59 Pour 30V Ie=Pe/30 = 2,74 A Pour 20V Ie=Pe/30 = 4,12 A ondulation maximale de ce courant de 10% de sa valeur nominale : ΔI= 0,27 A ou ΔI= 0,41 A I.Présentation et objectifs du projet 2. Convertisseur Buck

9 9Clara Degorce-Dumas Elodie Legeais Laetitia Marcone25/05/2013 Conduction continue et discontinue I.Présentation et objectifs du projet 2. Convertisseur Buck

10 Dimensionnement Partie puissance 10Clara Degorce-Dumas Elodie Legeais Laetitia Marcone25/05/2013

11 11Clara Degorce-Dumas Elodie Legeais Laetitia Marcone25/05/2013 II.Partie puissance – Dimensionnements des composants 1 Dimensionnement de linductance Expression ondulation de courant dans la bobine Expression de linductance L= 285 µH

12 12Clara Degorce-Dumas Elodie Legeais Laetitia Marcone25/05/2013 II.Partie puissance – Dimensionnements des composants Dimensionnement du tore. Principales grandeurs utiles: Linduction magnétique B Lintensité du champ magnétique H Le flux magnétique ɸ La perméabilité magnétique µ 1 Dimensionnement de linductance

13 13Clara Degorce-Dumas Elodie Legeais Laetitia Marcone25/05/2013 II.Partie puissance – Dimensionnements des composants Dimensionnement du tore. B H Matériau doux cycle dhystérésis étroit Produit des aires (théorique): Produit des aires du tore ferrite: 1 Dimensionnement de linductance

14 14Clara Degorce-Dumas Elodie Legeais Laetitia Marcone25/05/2013 II.Partie puissance – Dimensionnements des composants Nombres de spires: 1 Dimensionnement de linductance

15 15Clara Degorce-Dumas Elodie Legeais Laetitia Marcone25/05/2013 II.Partie puissance – Dimensionnements des composants 2. Dimensionnement du condensateur Cth= 2,8 µF On prendra C = 15O µF avec ESR = 0,05

16 16Clara Degorce-Dumas Elodie Legeais Laetitia Marcone25/05/2013 II.Partie puissance – Dimensionnements des composants 3. Dimensionnement des interrupteurs MOSFET Transistor a effet de champ 3 broches : grille, drain, source Commande du transistor réalisé par la tension Vgs Transistor bloqué si |V GS | < |V TH | Transistor passant plus |V GS | > |V TH | Etat passant Rdson

17 17Clara Degorce-Dumas Elodie Legeais Laetitia Marcone25/05/2013 II.Partie puissance – Dimensionnements des composants MOSFET Canal P 3. Dimensionnement des interrupteurs

18 18Clara Degorce-Dumas Elodie Legeais Laetitia Marcone25/05/2013 II.Partie puissance – Dimensionnements des composants MOSFET Puissance absorbée en commutation 3. Dimensionnement des interrupteurs Puissance absorbée en conduction Puissance dissipée Pd = Pon + Pc

19 19Clara Degorce-Dumas Elodie Legeais Laetitia Marcone25/05/2013 II.Partie puissance – Dimensionnements des composants Pertes joules Chaleur Rth ra + Rth jb + Rth br = (T j - T i )/P 3. Dimensionnement des interrupteurs Rth ra = (T j - T i )/P - Rth jb - Rth br

20 20Clara Degorce-Dumas Elodie Legeais Laetitia Marcone25/05/2013 II.Partie puissance – Dimensionnements des composants Diode : continuité du courant 3 caractéristiques fondamentales pour dimensionner une diode : sa tenue en tension le courant et le seuil de tension. Diode Schottky 3. Dimensionnement des interrupteurs

21 21Clara Degorce-Dumas Elodie Legeais Laetitia Marcone25/05/2013 II.Partie puissance – Dimensionnements des composants Snubbers Réduire oscillations parasites Minimiser les pertes 3. Dimensionnement des interrupteurs

22 Partie régulation 22Clara Degorce-Dumas Elodie Legeais Laetitia Marcone25/05/2013

23 23Clara Degorce-Dumas Elodie Legeais Laetitia Marcone25/05/2013 III.Partie régulation Réguler tension de sortie avec la variation de la tension dentrée (30 – 20 V) Asservir rapport cyclique MOS Pour commander MOS : signal carré dont rapport cyclique varie selon entrée Technique utilisée: PWM ou MLI 1. Objectifs

24 24Clara Degorce-Dumas Elodie Legeais Laetitia Marcone25/05/2013 III.Partie régulation 2 signaux: une dent de scie et un signal de référence Ces deux signaux sont injectés dans un comparateur tout ou rien pour en extraire un signal carré qui sera ensuite injecté dans des bascules. 2. PWM ( Pulse Width Modulation )

25 25Clara Degorce-Dumas Elodie Legeais Laetitia Marcone25/05/2013 III.Partie régulation 3. Lasservissement Perturbations: échauffement des composants, rayonnement, CEM… Système asservis en tension et en courant Shunt : une résistance de faible valeur permettant de mesurer le courant la traversant Utilisation d'un correcteur PI

26 26Clara Degorce-Dumas Elodie Legeais Laetitia Marcone25/05/2013 III.Partie régulation 4. Utilisation dun contrôleur Difficultés : Limités en rapport cyclique Limités en fréquences Pas détage de commande du MOS

27 27Clara Degorce-Dumas Elodie Legeais Laetitia Marcone25/05/2013 LTC3824

28 28Clara Degorce-Dumas Elodie Legeais Laetitia Marcone25/05/2013 III.Partie régulation 5. Simulation LTspice Tension dentrée à 30V

29 29Clara Degorce-Dumas Elodie Legeais Laetitia Marcone25/05/2013 III.Partie régulation Tension de sortie du Buck 5. Simulation LTspice

30 30Clara Degorce-Dumas Elodie Legeais Laetitia Marcone25/05/2013 III.Partie régulation Courant de sortie du Buck 5. Simulation LTspice

31 31Clara Degorce-Dumas Elodie Legeais Laetitia Marcone25/05/2013 III.Partie régulation Tension dans la Gate du MOSFET 5. Simulation LTspice

32 32Clara Degorce-Dumas Elodie Legeais Laetitia Marcone25/05/2013 III.Partie régulation Courant dans la bobine Ondulation de courant De 250 mA 5. Simulation LTspice

33 Résultats pratiques 33Clara Degorce-Dumas Elodie Legeais Laetitia Marcone25/05/2013

34 34Clara Degorce-Dumas Elodie Legeais Laetitia Marcone25/05/2013 IV.Résultats pratiques tension de sortie 1. Simulation BUCK régulé

35 35Clara Degorce-Dumas Elodie Legeais Laetitia Marcone25/05/2013 IV.Résultats pratiques tension Vgs 1. Simulation BUCK régulé

36 Conclusion 36Clara Degorce-Dumas Elodie Legeais Laetitia Marcone25/05/2013 Partie puissance Partie régulation Théorie LT Spice Simulations Conception du circuit Tests Réalisation pratique

37 Conclusion 37Clara Degorce-Dumas Elodie Legeais Laetitia Marcone25/05/2013 MOSFET 3,66 DIODE4,92 INDUCTANCE4,63 CONDENSATEUR0,30 CONDENSATEUR DE FILTRAGE4 RADIATEUR0,76 SHUNT1,37 CONTROLLEUR5,61 TOTAL28,26 TOTAL COMPROMIS17,20 Bilan financier


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