etude et réalisation d’un convertisseur buck régulé en tension
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Etude et Réalisation d’un convertisseur Buck régulé en tension. Systèmes & Energies - ESME SUDRIA. SOMMAIRE. Présentation et objectifs du projet Partie puissance Partie régulation Résultats pratiques Conclusion. Présentation et objectifs du projet. Cahier des charges :. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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 projetII. Partie puissanceIII. Partie régulationIV. Résultats pratiquesV. 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 BuckMosfet
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*Israpport 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
VgsTransistor bloqué si |VGS| < |VTH| Transistor passant plus |VGS| > |VTH| Etat passant Rdson
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II. Partie puissance – Dimensionnements des composants
MOSFETCanal 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 dissipée Pd = 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