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
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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
I. Présentation et objectifs du projet
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Choix de l’alimentation à découpage :
• Sans isolation galvanique • Abaisseur de tension
I. Présentation et objectifs du projet
1. Généralités
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2. Convertisseur Buck
Mosfet Fréquence de découpage:
80kHz
Diode de roue libre
I. Présentation et objectifs du projet
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Interrupteur MOSfet à l’état passant
MOSfet bloqué
I. Présentation et objectifs du projet
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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
I. Présentation et objectifs du projet
2. Convertisseur Buck
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Conduction continue et discontinue
I. Présentation et objectifs du projet
2. Convertisseur Buck
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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II. Partie puissance – Dimensionnements des composants
Dimensionnement du tore. Principales grandeurs utiles:
• L’induction magnétique B• L’intensité du champ magnétique H• Le flux magnétique ɸ • La perméabilité magnétique µ
1 Dimensionnement de l’inductance
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II. Partie puissance – Dimensionnements des composants
Dimensionnement du tore.
B
H
Matériau doux cycle d’hystérésis étroit
Produit des aires (théorique):
Produit des aires du tore ferrite:
1 Dimensionnement de l’inductance
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II. Partie puissance – Dimensionnements des composants
Nombres de spires:
1 Dimensionnement de l’inductance
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II. Partie puissance – Dimensionnements des composants
2. Dimensionnement du condensateur
Cth= 2,8 µF
On prendra C = 15O µF avec ESR = 0,05Ω
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II. Partie puissance – Dimensionnements des composants
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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II. Partie puissance – Dimensionnements des composants
MOSFET
Canal P
3. Dimensionnement des interrupteurs
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II. Partie puissance – Dimensionnements des composants
MOSFET
Puissance absorbée en commutation
3. Dimensionnement des interrupteurs
Puissance absorbée en conduction
Puissance dissipéePd = Pon + Pc
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II. Partie puissance – Dimensionnements des composants
Pertes joules Chaleur
Rthra + Rthjb + Rthbr= (Tj - Ti)/P
3. Dimensionnement des interrupteurs
Rthra = (Tj - Ti)/P - Rthjb - Rthbr
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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
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II. Partie puissance – Dimensionnements des composants
Snubbers
Réduire oscillations parasites
Minimiser les pertes
3. Dimensionnement des interrupteurs
Partie régulation
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III. Partie régulation
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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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 )
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III. Partie régulation
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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III. Partie régulation
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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III. Partie régulation
5. Simulation LTspice
Tension d’entrée à 30V
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III. Partie régulation
Tension de sortie du Buck
5. Simulation LTspice
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III. Partie régulation
Courant de sortie du Buck
5. Simulation LTspice
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III. Partie régulation
Tension dans la Gate du MOSFET
5. Simulation LTspice
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III. Partie régulation
Courant dans la bobine
Ondulation de courantDe 250 mA
5. Simulation LTspice
Résultats pratiques
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IV. Résultats pratiques
tension de sortie
1. Simulation BUCK régulé
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IV. Résultats pratiques
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