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 ...

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Pré projet Commande du hacheur de type boost
Pré projet Commande du hacheur de type boost
SOMMAIRE 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 :
[pic] . 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
1 Synoptique générale du kart
[pic] 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. 2 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. 3 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 [pic] 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
1 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: [pic] > 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. 2 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 : o R.MERAT o R.MOREAU o L.ALLAY o J.-P.DUBOS o J.LAFARGUE o R.LE GOFF . Electronique De P