Chargeur sans contact - .Conclusion p.30 ... standard développé par le Wireless Power Consortium

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  • Rapport de projet Chargeur sans contact

    BLAISE, CASANOVAS

    19/05/2014

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    Remerciements

    Nous souhaitons remercier M.Perisse, notre tuteur, et M L.Lasne, pour leur aide et leurs apports de connaissances qui nous permis de mener bien notre projet.

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    SOMMAIRE

    I Prsentation du projet p.4 1. Principe de la recharge sans fil p.4 a. Prsentation du concept de la recharge sans fil b. Norme Qi c. Utilisation 2. Le projet p.6 a. Travail demand b. Matriels disposition II Travaux entrepris p.7 1. Tches accomplir p.7 a. Fonctions raliser b. Solutions envisages 2. Etudes montage direct bobine/bobine p.8 a. Test du montage b. Evolution envisage 3. Etude Amplificateur LM12 p.9 a. Test vide b. Test en charge 4. Etude montage Amplificateur/circuit metteur/circuit rcepteur p.14 a. Test montage direct b. Etude circuit Emetteur c. Etude du circuit secondaire d. Test du montage Amplificateur/circuit metteur/circuit secondaire 5. Etude de rendement p.27 6. Etude circuit redressement p.28 Resume p.29 Conclusion p.30 Annexe p.31

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    I - Prsentation du projet 1- Principe Recharge sans fil a. Prsentation du concept de la recharge sans fil Un systme dalimentation sans fil est compos de deux parties spares : - un circuit metteur, qui comporte un bobinage dmission.

    - un circuit rcepteur, comportant un bobinage de rception.

    Fig.1 Principe transfert d'nergie sans contact

    Le circuit metteur se trouve sur une plateforme, et le circuit rcepteur se trouve

    sur le tlphone. C'est en positionnant le tlphone sur la plateforme que la charge

    dbute.

    Le circuit metteur gnre un champ magntique alternatif de haute frquence autour du bobinage dmission. Ce champ magntique est coupl au bobinage de rception et puis converti en nergie lectrique qui peut tre utilise afin de charger une batterie ou alimenter dautres circuits. Il existe dja de nombreuses applications utilisant l'induction magntique, comme les plaques de cuisson par induction, les transformateurs, alimentation des puces RFID par le lecteur. Les avantages de la recharge par transmission d'nergie sans fils sont nombreux.

    Tout d'abord son utilisation est facile et trs pratique . Cette mtode de charge bien

    meilleure pour les batteries, car malrg la charge parfois un peu plus lente, elle sarrte

    automatiquement une fois la batterie charge, ce qui nest pas le cas avec un chargeur

    filaire. De plus sur les systmes de recharges sans fil sont capable de contrler si le

    courant devient trop important.

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    b. Norme Qi Cre en 2008 par le Wireless Power Consortium, Qi (prononcer 'chi') est un standard dvelopp par le Wireless Power Consortium ddi la transmission d'nergie sans fil sur une distance maximale de 40 mm. Le systme Qi comprend un support de transmission et un rcepteur compatible

    dans un appareil mobile. Pour utiliser ce systme, l'appareil mobile est plac sur le

    support de transmission, ce qui entraine la recharge.

    De nombreux fabricants d'appareils mobiles sont en accord avec ce standard, parmi lesquels figurent Asus, HTC, LG Electronics, Motorola , Nokia, Samsung, et Sony. De plus Qi est soutenu par plusieurs autres socits comme Energizer, Freescale, Texas Instruments. Voici les spcifications techniques les plus importantes : - une puissance maximale de 5 Watts

    - une porte maximale de 40mm (4cm)

    - frquences utilises entres 100 et 205 kHz

    Le rendement garanti allant de 50% 95% du rendement via chargeur filaire,

    dependant de plusieurs paramtres (en particulier la distance, cest de l que provient

    lcart de temps de chargement).

    Lutilisation dune interface de contrle commune, pour changer des

    informations sur ltat de la batterie par exemple, et donc dcider quand la charge sera

    arreter, il faut savoir que le contrle se fait ct tlphone.

    La norme Qi impose que le chargeur ne consomme pas sil nest pas utilis : il nest donc pas indispensable de le dbrancher du secteur, comme cest le cas avec un chargeur filaire. Pour savoir si un appareil est compatible Qi, il suffit de regarder si le logo Qi (fig.2) est prsent sur l'appareil.

    Fig.2 - Logo Qi

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    Il est possible de rendre compatible Qi les tlphones portables qui ne le sont pas. Il existe un nombre croissant de possibilits pour apporter la compatibilit Qi sur ces appareils, par exemple les coques concues spcialement a cet effet (fig.3), ou bien les stations d'accueil (fig.4 ) et bien d'autre encore.

    fig.3 - Coque(et support de transmission) fig.4 - Station d'accueil Qi TDK Qi Energizer c. Nouvelles applications Comme nous avons vu prcdemment la transmission d'nergie sans fil est utilis afin de charger les batteries de tlphones portables, et puis cette mthode commence a trs utiliser par les fabricants de tlphones.

    Le Wireless Power Consortium travaille dans le but de continuer lexpansion de Qi pour une utilisation dans des appareils plus imposants comme les tablettes, les ordinateurs portables, les vhicules lectriques. Le constructeur automobile Volvo participe a des tests pour adapter cette mthode de recharge par induction pour recharger les vhicules lectriques.

    2- Le projet a. Travail demand

    Il nous tait demand de crer une maquette pdagogique qui illustre la transmission d'nergie sans fil. Pour cela nous devions faire le choix des matriels utiliser, avec notre tuteur. Ensuite nous devions effectuer le dimensionnement, puis la simulation, et tester le fonctionnement, et enfin valider un transfert de puissance sans fils.

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    Nous devions respecter le cahier des charges d'un chargeur de batterie pour tlphone mobile en termes de puissance, tension, courant. Et nous devions aussi respecter les spcifications techniques (puissance, frquences...) de la norme Qi. b. Matriels disposition Pour la ralisation de notre projet nous disposions : - Norme Qi - Bobines 24H (recommande par Norme Qi) - Batterie de voiture - Microcontrleur PIC - PC

    II Travaux entrepris 1. Tches accomplir a. Fonctions raliser Pour l'alimentation nous avions le choix entre une batterie 12V ou la prise secteur 220V alternatif. Circuit metteur : Dans le cas de l'utilisation de la batterie 12 V, nous devions rflchir sur la mise en uvre d'un montage qui aurait permis de convertir le signal continu en signal alternatif, celui-ci sera envoy sur la bobine metteur. Circuit rcepteur : Nous devions rflchir sur la mise en uvre d'un montage qui permette de convertir le signal sinusodal, issu de la bobine du rcepteur, en signal continu. b. Solutions envisages Pour le circuit metteur : Dans le cas de l'utilisation de la batterie 12 V nous avions tudi la mise en uvre d'un onduleur avec des transistors MOS type N qui aurait t command par le circuit SM72295MA, qui est un circuit conu pour cette utilisation. Mais nous avons remarqu que cette ralisation tait assez complexe, et nous aurait pris un temps trop consquent pour la ralisation de notre projet. Donc nous avons choisi d'utiliser un Gnrateur Basse Frquence(GBF) en tant qu'alimentation pour notre maquette. Pour le circuit rcepteur : Nous avons rflchi sur la mise en uvre d'un circuit de redressement (diodes).

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    2. Etudes montage direct bobine/bobine a. Test du montage On a fait le test du montage des deux bobines en montage direct , sur lequel on a envoy le signal sinusodal issu du GBF sur la bobine metteur .

    fig. - Montage direct bobine/bobine Signal GBF : 10V crte crte. On effectue les mesures des tensions que l'on retrouve sur la bobine primaire et sur la bobine secondaire. On a pu effectuer quelques relevs de tension, on a pu remarquer l'influence de la frquence sur les signaux d'entre et de sortie.

    frquences Tensions Y1 (

    Crte a Crte RMS Tensions en sortie Crte crte

    170kHz 6,25V 2,17V 5,85V 160kHz 6,03V 2,085V 5,79V 150kHz 5,81V 2,009V 5,66V 140kHz 5,56V 1,92V 5,46V 130kHz 5,31V 1,836V 5,19V 100kHz 4,53V 1,555V 3,93V 80kHz 3,81V 1,31V 2,81V 60kHz 3,1V 1,1V 1,48V 40kHz 3,0V 965mV 0,31V 30kHz 2,69V 887mV 0,08V Pour de frquences infrieures 20khz les tensions en sortie deviennent trs faibles. On remarqu la ncessit dtre trs haute frquence(Mhz) pour retrouver au borne de la bobine primaire la tension gnrateur.

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    b. Evolution envisage Il nous tait ncessaire d'avoir un amplificateur de puissance (haute frquence). Nous avions disposition un amplificateur audio, l'amplificateur LM12, avec son circuit dj cbl. C'est un amplificateur oprationnel capable de dlivr jusqu' +/-25V, et 10A, il peut tre aliment jusqu' +/-30V. Comme c'est un amplificateur audio, il nous fallait d'abord observer son fonctionnement seul , et ensuite, si ncessaire, il nous fallait tudier comment l'adapter pour l'utilisation que l'on