Convertisseurs hautes performances Projet P21 – Groupe NC03 Année 2004-2005 Convertisseurs hautes performances Coordinateur: Mr BONGIRAUD Maître d’ouvrage: Mr CHAZAL

Remerciements Mr. CHAZAL, Mr. BONGIRAUD, Et toute l’équipe du LEG.

Présentation de l’équipe 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)

Présentation du projet Contexte Gestion et traitement de l’énergie imposent omniprésence de l’électronique de puissance. Contraintes sur les convertisseurs. Modularité de la puissance à fournir, donc idée d’associations de convertisseurs unitaires Objectif Réalisation de convertisseurs de très hautes performances pouvant être associés

Gestion de projet

Pourquoi une gestion de projet? Condition sine qua non d’un projet Notion nouvelle pour presque tous les membres du groupe Nécessité d’implication

Lancement du projet Définition du cahier des charges Point de départ d’une gestion de projet est l’établissement d’un cahier des charges. Défini lors de la première réunion avec le maître d’ouvrage A évolué en cours de projet en fonction de nos investigations Présenté dans la partie technique

Lancement du projet 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

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

Outil PhProjekt Mis a disposition par l’ENSIEG Permet d’échanger des fichiers Utilisation Débuts difficiles puis bonne utilisation Comprend tous les documents de gestion de projet

Suivi du projet Comptes rendus de réunion Réunions hebdomadaires Comptes rendus écrits par l’ensemble de l’équipe en collaboration avec le chef de projet Distribués à l’équipe en fin de réunion

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

Suivi du projet Tableau de bord Par le choix d’indicateurs judicieux permet d’obtenir d’un simple coup d’œil les points forts et faibles du projet. Informations récoltées lors des réunions Commentaire du tableau de bord final

Tableau de bord final

Commentaires tableau de bord

Tableau de bord final

Commentaires tableau de bord

Tableau de bord final

Commentaires tableau de bord

Tableau de bord final

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

Suivi du projet Notes internes Établies afin d’obtenir une communication des plus efficaces au sein du groupe. Ont permis d’éclaircir des points particuliers

Estimation du coût global du projet Budget dépensé 190 euros Coût travail des personnes + salle EPTE 58725 euros Coût global 58915 euros

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

Auto-évaluation

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

Partie technique

Cahier des charges initial Convertisseur DC – DC avec isolation galvanique Puissance transmissible 20W Tension d’entrée Quelques dizaines de volts Fréquence 30 kHz Tension d’alimentation auxiliaire Aucune Associations possibles Série - Série Parallèle - Parallèle Parallèle - Série Série - Parallèle

Cahier des charges final 1.2. Convertisseur DC – DC Puissance transmissible 20W Tension d’entrée 20 V ISOLATION Grâce à un transformateur COMMANDE Tension de référence variable et proportionnelle au rapport cyclique COURANT NOMINAL I moyen = 1A, I max = 1.75 A (ondulation maximum de courant = 150% Fréquence 100 kHz RENDEMENT >90% idéal RAPPORT Vsortie/Ventrée max 1 (Vs=20V, Ve=20V) Association possibles Série – Série, Parallèle – Parallèle, Parallèle – Série, Série – Parallèle

Cahier des charges final 2.2. STRUCTURE Convertisseur 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). REGULATION Une 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 d’assurer le fonctionnement du convertisseur global. CONTRAINTES GLOBALES Pertes et volume minimaux.

Étude théorique

Synoptique Global

Onduleur Choix de structure primaire: Choix des Mosfets Étude des différentes structures possibles. Choix d’un 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 d‘ondulation 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.

Synoptique Global

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.

Synoptique Global

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

Synoptique Global

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

Commande Deux solutions: Utilisation d’un 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

Commande Utilisation d’un composant dédié

Synoptique Global

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

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

Régulation de puissance

Synoptique Global

Régulation de la valeur moyenne Dissymétrie des temps de conduction

Régulation de la valeur moyenne Extraction de la tension moyenne: Recherche d’une solution simple: filtre R-C. Simulation d’un filtre R-C. Adaptation de la consigne Réglage des temps morts Utilisation de résistances pilotées en tension

Packaging

Contraintes Un système permettant d’obtenir les liaisons voulues entre les convertisseurs. + sortie - + entrée - + sortie - + entrée - Série-Série Parallèle-Série + sortie - + entrée - + sortie - + entrée - Série-Parallèle Parallèle-Parallèle

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

Solutions envisagées Pour les connections : Pour le refroidissement : 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

Solution retenue Pour les connections : Pour le refroidissement : 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.

Réalisation

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

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

Questions