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

Etude et Réalisation d’un convertisseur Buck régulé en tensionSYSTÈMES & ENERGIES - ESME SUDRIA

Clara Degorce-Dumas Elodie Legeais Laetitia Marcone

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SOMMAIREI. Présentation et objectifs du projet

II. Partie puissance

III. Partie régulation

IV. Résultats pratiques

V. Conclusion

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• Alimentation régulée en tension 60 à 70 W

• Tension d’entrée 20 à 30 V

• Tension de sortie 15 V

• Rendement > 90%

• Sans isolation galvanique

3Clara Degorce-Dumas Elodie Legeais Laetitia Marcone

25/05/2013

I. Présentation et objectifs du projet

Cahier des charges :

Alimentation à découpage


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• Apparue dans les années 70

• Fréquences comprises entre 20 et 200kHz

• Isolée / non isolée

1. Généralités

Avantages :• Tension de sortie > ou < à la

tension d’entrée• Réduction taille des composants

de filtrage• Réduction de la taille des

transformateurs d’isolement inversement proportionnelle à la fréquence de découpage



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Choix de l’alimentation à découpage :

• Sans isolation galvanique • Abaisseur de tension


1. Généralités


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2. Convertisseur Buck

Mosfet Fréquence de découpage:

80kHz

Diode de roue libre



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Interrupteur MOSfet à l’état passant

MOSfet bloqué



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Dimensionnement générale

Rendement > ou égale à 85 %.𝞰 𝞰 *Ve*Ie = Vs*Is

rapport cyclique : α = Vs/ Ve = 0,59𝞰

Pour 30V Ie=Pe/30 = 2,74 APour 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




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Conduction continue et discontinue



Dimensionnement

Partie puissance


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II. Partie puissance – Dimensionnements des composants

1 Dimensionnement de l’inductance

Expression ondulation de courant dans la bobine

Expression de l’inductance

L= 285 µH


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Dimensionnement du tore. Principales grandeurs utiles:

• L’induction magnétique B• L’intensité du champ magnétique H• Le flux magnétique ɸ • La perméabilité magnétique µ



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Dimensionnement du tore.

B

H

Matériau doux cycle d’hystérésis étroit

Produit des aires (théorique):

Produit des aires du tore ferrite:



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Nombres de spires:



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2. Dimensionnement du condensateur

Cth= 2,8 µF

On prendra C = 15O µF avec ESR = 0,05Ω


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3. Dimensionnement des interrupteurs

MOSFET

Transistor a effet de champ3 broches : grille, drain, sourceCommande du transistor réalisé par la tension

Vgs

Transistor bloqué si |VGS| < |VTH| Transistor passant plus |VGS| > |VTH| Etat passant Rdson


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MOSFET

Canal P



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MOSFET

Puissance absorbée en commutation


Puissance absorbée en conduction

Puissance dissipéePd = Pon + Pc


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Pertes joules Chaleur

Rthra + Rthjb + Rthbr= (Tj - Ti)/P


Rthra = (Tj - Ti)/P - Rthjb - Rthbr


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Diode : continuité du courant

3 caractéristiques fondamentales pour dimensionner une diode :

• sa tenue en tension • le courant• et le seuil de tension.

Diode Schottky



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Snubbers

Réduire oscillations parasites

Minimiser les pertes


Partie régulation


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Réguler tension de sortie avec la variation de la tension d’entrée (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


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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 )


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3. L’asservissement

• 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


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4. Utilisation d’un contrôleur

Difficultés :

• Limités en rapport cyclique

• Limités en fréquences

• Pas d’étage de commande du MOS


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LTC3824


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5. Simulation LTspice

Tension d’entrée à 30V


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Tension de sortie du Buck



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Courant de sortie du Buck



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Tension dans la Gate du MOSFET



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Courant dans la bobine

Ondulation de courantDe 250 mA


Résultats pratiques


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tension de sortie

1. Simulation BUCK régulé


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tension Vgs

1. Simulation BUCK régulé

Conclusion


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• Partie puissance

• Partie régulation

Théorie

• LT Spice

Simulations • Conception du circuit

• Tests

Réalisation pratique

Conclusion


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MOSFET 3,66€

DIODE 4 ,92€

INDUCTANCE 4 ,63€

CONDENSATEUR 0,30€

CONDENSATEUR DE FILTRAGE 4€

RADIATEUR 0 ,76€

SHUNT 1,37€

CONTROLLEUR 5,61€

TOTAL 28 ,26€

TOTAL COMPROMIS 17,20€

Bilan financier

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