4 Etude des solutions

circuit de commande pour un hacheur de type BOOST 24V-48V-6kW et 24V- 110V-80mA, .... M.LAVABRE. Cours de première et deuxième année. Electronique ...


un extrait du document








Pré projet 

Commande du hacheur
de type boost





Pré projet

Commande du hacheur
de type boost



SOMMAIRE 



 TOC \o "1-3" \h \z \u Introduction 4
1 Cahier des charges ………………………………………...5
2 Schémas synoptique……………………………………….7
2 1 Synoptique générale du kart………………………7
2 2 Synoptique de la commande du boost…………….8
2 3 Synoptique du relais de puissance………………...8
3 Etude de la partie commande …………………….……….9
4 Etude des solutions…..…………………………………...10
4 1 Etude du circuit intégré TL494…………………….
4 2 Les autres solutions………………………………...
5 Recherches d'informations……………………………….13
6 Planning prévisionnel…….………………………………14

Conclusion ……………………………………….…………………15
Table des illustrations……………………………………………...16
Annexes……………………………………………………………..17








Introduction

Cette année, comme la précédente, l’un des groupes EEP travaille sur le Kart électrique. Chaque binôme se charge d’optimiser le fonctionnement qui se divise en plusieurs parties :
hacheur entrelacé réversible en courant 3x50A / 48V,
hacheur réversible en courant 150A / 48V,
circuit de commande pour un hacheur abaisseur de type BUCK réversible en courant
48V / 150A,
circuit de commande pour un hacheur de type BOOST 24V-48V-6kW et 24V-110V-80mA,
alimentations à découpage +15/-15V/+5V à partir d'une batterie de 24V,
chargeur de batterie au plomb 12V 65AH à partir du secteur 230V 50Hz.
Chaque groupe de l’année dernière avait rempli son contrat sur la conception de la carte, l’objectif de cette année est d’augmenter toutes les caractéristiques du véhicule afin qu’il soit plus rapide en vitesse de pointe, qu’il ait une plus grande accélération... Nous avons choisi de nous occuper de la partie commande du BOOST, la régulation du 50V et de la modification du relais de puissance (24V (110V). Pour ce faire, nous allons gérer chaque partie séparément ; nous avons du d’ailleurs commencer par étudier le fonctionnement du hacheur BOOST afin de savoir quoi faire.
Dans un premier temps, nous verrons le cahier des charges, qui regroupe toute les conditions auquel doit répondre le produit, ensuite, les schémas synoptiques, qui illustrent tout le fonctionnement du Kart et de notre carte. Puis, une partie détaillée sur l’étude de notre carte de commande expliquera en détail les principes de cette dernière ; la partie suivante traitera de différentes solutions concernant la réalisation notre projet. Pour finir, nous détaillerons toute notre recherche (Livre, Internet…) et enfin le planning prévisionnel qui nous guidera dans la réalisation du projet.


Cahier des charges


Le but de notre projet est de réaliser la partie commande du hacheur BOOST.
Reprenons tout d’abord le principe de fonctionnement de ce dernier dont le schéma de principe est le suivant :




pour t ( [0 ; (T] : l’interrupteur K2 est fermé et K1 est ouvert. Pendant ce temps l’inductance Le se charge et la charge est alimentée par le condensateur Cs.

pour t ( [(T ; T] : l’interrupteur K2 est ouvert et K1 est fermé. On obtient la relation suivante : vLe =E - vc =E - Vs. Or pour un hacheur de type BOOST, Vs > E, on a donc vLe négatif. On en déduit que l’inductance Le se décharge et le condensateur Cs de recharge.
La partie commande que nous devons réaliser a pour but de piloter la fermeture et l’ouverture des transistors qui fonctionnent ici, comme des interrupteurs (K1 et K2), à une fréquence de découpage Fd, afin de réguler la tension de sortie U à 50V. En effet, en fonction des variations de la tension que délivrent les batteries, notre montage permettra d’assurer une tension de sortie constante afin de protéger toutes les autres cartes d’une surtension.


De plus, notre carte devra répondre aux conditions suivantes :
résister à des températures variant de -10°C à 50°C
résister aux vibrations du Kart
tenir dans l’emplacement prévu à cet effet (la place est limitée sur le Kart, avec les autres cartes)
être munie d’un système de fixation



















Schémas synoptiques

Synoptique générale du kart





Figure 1


Ceci est le synoptique générale du kart ; chaque rectangle représente le sujet d’un binôme mis à part, celui en pointillé qui représente le microprocesseur d’affichage des données, et les rectangles suivants qui représentent le réseau EDF, la partie mécanique du kart et la pédale d’accélérateur.


Synoptique de la commande du BOOST













Figure 2


Ceci est un schéma également appelé « schéma fonctionnel de niveau 1 ». La grandeur d’entrée est la tension U de 50 Volts et la grandeur de sortie est une MLI (modulation de largeur d’impulsion). Pour réguler cette tension, nous sommes alimentés par une tension de 15 Volts.

Synoptique du relais de puissance







Figure 3
Ce schéma a la même fonction que le précédent mis à part que nous régulons une tension de 110 Volts pour le relais de puissance.
Etude de la partie commande

Comme nous avons pu voir dans le cahier des charges, notre but est de commander les transistors du hacheur. Pour cela, nous devons régler notre signal de sortie par rapport à un rapport cyclique. Ce signal sera une tension en forme de créneaux.
Pour créer ce signal, nous avons besoin de trois fonctions :
- un soustracteur,
- un oscillateur,
- un comparateur.
Le soustracteur a pour rôle de soustraire la tension de sortie du hacheur à une tension de référence. L’oscillateur a pour rôle de générer une tension en forme de rampe. Le comparateur a pour rôle de comparer la tension que l’on a soustrait à la tenson de rampe ce qui donne une tension en forme de créneaux.
Graphique des tensions
 SHAPE \* MERGEFORMAT 
Figure 5
Sur le premier graphique, nous observons en noir la tension de sortie de l’oscillateur en forme de rampe puis en bleu foncé la tension de sortie du soustracteur.
Sur le second graphique, nous observons en noir la tension de sortie rectangulaire du comparateur.
Etude des solutions
Etude du circuit intégré TL494
Pour réguler la tension, nous utilisons un circuit intégré appelé « TL494 », le même que celui utilisé l’année dernière. Notre but, cette année, est de comprendre pourquoi le montage de l’année dernière ne fonctionnait pas et de prouver qu’ils ont bien fait le bon choix. Si ce dernier ne fonctionnait toujours pas, nous prendrions une solution que nous verrons dans la sous partie suivante. Voici le schéma de câblage du TL494 ainsi que les tensions visibles:



Les broches 1 et 2 sont les entrées de l’AOp1 (Amplificateur Opérationnel) dont la sortie va au comparateur.
Les broches 3 et 4 sont appelées « Tests Inputs ». Elles seront reliées à la sortie du hacheur, soit à la tension « U ».
Les broches 5 et 6 sont les entrées de l’oscillateur, elles sont constituées d’une résistance et d’un condensateur. Ce qui nous permet de fixer le rapport cyclique du signal de sortie du TL494, soit la fréquence. Nous la calculerons avec la formule donnée par le constructeur, soit « Fosc = 1.1 / (Rt x Ct ) ».
La broche 7 est appelée « GND » ce qui signifie « Ground », soit la masse en français.
Les broches 8 et 11 sont nommées « C1 » et « C2 » sont reliées aux transistors du hacheur boost, c’est donc notre signal de sortie.
Les broches 9 et 10 nommées « E1 » et « E2 » sont reliées à la masse.
La broche 12 est la tension « Vcc », soit notre +15 Volts.
La broche 13 est appelée « Output Ctrl » ce qui signifie « Output Control » et est reliée à la broche 14 qui est une tension de référence.
Les broches 15 et 16 sont les entrées de l’AOp2 (Amplificateur Opérationnel) dont la sortie va au comparateur. Les autres solutions

Il existe plusieurs solutions ; nous pourrions utilisées des circuits équivalents au TL494 qui ont les mêmes fonctions telles que le MB3759, TA76494, KA7500B, IR3MO2, XR-494. Nous pouvons également utilisés un AOp appelé « NE555 ».
Nous choisirons comme solution de secours d’utiliser un AOp, le « NE555 » dont voici le schéma :










Figure 6
Pour régler les caractéristiques du rapport cyclique avec cet AOp, il suffit de dimensionner les résistance R1 et R2 qui contrôlent l’amplitude du signal et sa fréquence.







Recherches d’informations


Ouvrages consultés pour la compréhension du système
Génie Electrotechnique : Edition NATHAN, écrit par :
R.MERAT
R.MOREAU
L.ALLAY
J.-P.DUBOS
J.LAFARGUE
R.LE GOFF
Electronique De Puissance, Conversion de l’énergie : Edition Educalivre, écrit par :
M.LAVABRE
Cours de première et deuxième année.
Electronique
Electronique de puissance


Revue d’électronique
Electronique Pratique






Internet
(Voir annexes)
"Chargeur de batterie" hacheur élévateur de type boost
http://www.techniques-ingenieur.fr/affichage/DispIntro.asp?nGcmId=E3994
 HYPERLINK "http://www.techniques-ingenieur.fr/affichage/DispMain.asp?ngcmId=e3994&file" http://www.techniques-ingenieur.fr/affichage/DispMain.asp?ngcmId=e3994&file= e3994/e3994-3.htm#I3.3.2


TL494 Gestion d'un signal de fréquence constante et de rapport cyclique variable
http://artic.ac-besancon.fr/reseau_STL/FTP_STL/NIVEAU0502.doc

Les hacheur, fonctionnement général
http://www.physique.ens-cachan.fr/pagregp/enseignement/elec/electrotech/Cours_hacheurs.pdf

Prise de contact avec des fournisseurs sur des forums pour la recherche de la solution de secours












Planning prévisionnel

Ce tableau représente le travail effectué depuis le début de l’année ainsi que ce que nous prévoyons de faire. En ce qui concerne le projet final, le planning devra être complété au fur et à mesure.

Pré projetS37Explication sur le fonctionnement du kart S38Essaie du kart et recherche au CDI S39Décharge de la batterie du kart et recherche S40Suite de la décharge de la batterie, test de la carte et début de rédaction S41Pas de cours S42Recherche de circuit intégré équivalent au TL494 et suite de la rédactionOrcadS43Formation Orcad S44Vacances de la toussaint et fin de la rédaction S45Formation OrcadPrototypeS46Début de la réalisation du prototype S47Suite de la réalisation S48Suite de la réalisation S49Suite de la réalisation S50Finalisation du prototype S51Test de la carte S52Vacances de noël et début de rédaction S53Vacances de noël et suite de la rédactionProjet finalS01  S02  S03  S04  S05  S06Vacances de février et suite de la rédaction S07Vacances de février et suite de la rédaction S08  S09  S10  S11 


Conclusion

Le projet que nous réalisons est essentiel au bon fonctionnement de tout le Kart, puisque nous envoyons un signal à plusieurs cartes ; de ce fait, il est impératif de mener à bien cette « mission ».
La réalisation de ce pré projet nous donne une idée du travail à accomplir et ce dernier nous parait plus que réalisable ; en effet en suivant à la lettre notre planning prévisionnel, un prototype devra fonctionner d’ici Noël et nous pourrons ensuite travailler sur le projet final.
En ce qui concerne notre solution de rechange, n’ayant trouvé aucun moyen d’acheter dans le commerce un montage de ce type, nous reprendrons le système de l’AOp, bien que ce principe ne nous permette pas de réguler.
La recherche du prix des composants nous permet de constater que le montage reviendra à un moindre prix, environ 10¬ tout compris, ce qui est tout à fait abordable pour un tel circuit.
Il est clair que le choix du TL494 est judicieux puisqu il répond tout à fait à nos attentes et qu il ne coûte pas cher (maxi 2¬ ). La réalisation du projet a bien commencé, il y a de fortes chances que le circuit fonctionne d ici la fin de l année et que l on puisse voir le Kart rouler à vive allure.











Table des illustrations


Figure 1 : Schéma fourni dans le document donné en travaux de réalisation
Synoptique générale du kart

Figure 2 : Schéma crée sous Publisher.
Synoptique de la commande du hacheur

Figure 3 : Schéma crée sous Publisher
Synoptique du relais de puissance

Figure 4 : Document fourni sur le site d'étude et réalisation.
Ceci est le principe de fonctionnement d’un hacheur élévateur réversible en courant de type BOOST.

Figure 5 : Graphique des tensions crée sous Publisher.

Figure 6 : Schéma crée sous Publisher
Schéma électrique du « NE555 ».






Annexes


Support pédagogique pluri technologique : le kart électrique

Datasheet du circuit intégré : TL494

Datasheet du circuit intégré : KA7500B









Institut Universitaire de Technologie
Département Génie Electrique et Informatique Industrielle

BUPTO Marie Enseignant encadrant :
TOURGIS Jean-François LEQUEU Thierry
Groupe EEP1
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