Convertisseurs hautes performances

1
Convertisseurs hautes performances
Projet P21 Groupe NC03
Année 2004-2005
Coordinateur Mr BONGIRAUD
Maître douvrage Mr CHAZAL
2
Remerciements

• Mr. CHAZAL,
• Mr. BONGIRAUD,
• Et toute léquipe du LEG.

3
Présentation de léquipe

• Groupe composé de
• Jaouad BEN AISSA
• Julien BŒUF
• Gaëtan CANIVET
• Hédi KHARRAT
• Benoît LENOTTE
• François ORLIAC
• Stéphane PASQUALE
• Philippe PELLETIER
• Philippe FRANCESCHINI
• (Chef de projet)

4
Présentation du projet

• Contexte
• Gestion et traitement de lénergie imposent
  omniprésence de lélectronique de puissance.
• Contraintes sur les convertisseurs.
• Modularité de la puissance à fournir, donc idée
  dassociations de convertisseurs unitaires
• Objectif
• Réalisation de convertisseurs de très hautes
  performances pouvant être associés

5
Gestion de projet
6
Pourquoi une gestion de projet?

• Condition sine qua non dun projet
• Notion nouvelle pour presque tous les membres du
  groupe
• Nécessité dimplication

7
Lancement du projet

• Définition du cahier des charges
• Point de départ dune gestion de projet est
  létablissement dun cahier des charges.
• Défini lors de la première réunion avec le maître
  douvrage
• A évolué en cours de projet en fonction de nos
  investigations
• Présenté dans la partie technique

8
Lancement du projet

• Établissement du planning
• Réalisé sous MS Project
• Identification des tâches à réaliser
• Affectation de ces tâches aux différents membres
  du groupe en fonction des compétences

9
Déroulement du projet

• Durée du projet 14 semaines.
• Importance de la communication au sein du groupe,
  et également deffectuer un suivi de projet.

10
Outil PhProjekt

• Mis a disposition par lENSIEG
• Permet déchanger des fichiers
• Utilisation
• Débuts difficiles puis bonne utilisation
• Comprend tous les documents de gestion de projet

11
Suivi du projet

• Comptes rendus de réunion
• Réunions hebdomadaires
• Comptes rendus écrits par lensemble de léquipe
  en collaboration avec le chef de projet
• Distribués à léquipe en fin de réunion

12
Suivi du projet

• Mise à jour du planning
• Réalisée par le chef de projet hebdomadairement
• Commentaire du planning final

13
(No Transcript)
14
Suivi du projet

• Tableau de bord
• Par le choix dindicateurs judicieux permet
  dobtenir dun simple coup dœil les points forts
  et faibles du projet.
• Informations récoltées lors des réunions
• Commentaire du tableau de bord final

15
Tableau de bord final
16
Commentaires tableau de bord
17
Tableau de bord final
18
Commentaires tableau de bord
19
Tableau de bord final
20
Commentaires tableau de bord
21
Tableau de bord final
22
Suivi du projet

• Reportings
• Tous les 15 jours séance de reporting
• Permet de faire le bilan sur le projet
• Un membre différent en assure la présentation

23
Suivi du projet

• Notes internes
• Établies afin dobtenir une communication des
  plus efficaces au sein du groupe.
• Ont permis déclaircir des points particuliers

24
Estimation du coût global du projet

• Budget dépensé
• 190 euros
• Coût travail des personnes salle EPTE
• 58725 euros
• Coût global
• 58915 euros

25
Site Internet

• Un site développé sous Wiki qui se veut
  informatif
• Sur le contenu de notre travail
• sur le déroulement dun projet collectif à
  lENSIEG
• Développement en parallèle dun site sur une page
  personnelle
• plus esthétique
• plus axé sur laspect commercial du projet.
• promotion du LEG, hébergé sur leur serveur

26
Auto-évaluation
27
Bilan de la gestion de projet

• Perçu comme très enrichissant par léquipe.
• Au-delà de la frustration de ne pas avoir atteint
  notre but, nous avons été confronté aux aléas
  dun projet (problème de fournisseurs, théorie
  fonctionnant mais technique ne suivant pas) que
  lon risque de retrouver au quotidien dans notre
  future vie active.

28
Partie technique
29
Cahier des charges initial
Convertisseur DC DC avec isolation galvanique Convertisseur DC DC avec isolation galvanique
Puissance transmissible 20W
Tension dentrée Quelques dizaines de volts
Fréquence 30 kHz
Tension dalimentation auxiliaire Aucune
Associations possibles Série - Série Parallèle - Parallèle Parallèle - Série Série - Parallèle
30
Cahier des charges final 1.2.
Convertisseur DC DC Convertisseur DC DC
Puissance transmissible 20W
Tension dentrée 20 V
ISOLATION Grâce à un transformateur
COMMANDE Tension de référence variable et proportionnelle au rapport cyclique
COURANT NOMINAL I moyen 1A, I max 1.75 A (ondulation maximum de courant 150
Fréquence 100 kHz
RENDEMENT gt90 idéal
RAPPORT Vsortie/Ventrée max 1 (Vs20V, Ve20V)
Association possibles Série Série, Parallèle Parallèle, Parallèle Série, Série Parallèle
31
Cahier des charges final 2.2.
STRUCTURE Convertisseur DC-AC Onduleur pont complet (4 Mosfets). Isolation Transformateur (k 1). Convertisseur AC-DC Redresseur pont complet auto commandé (4 Mosfets).
PACKAGING A été défini avec soin pour répondre aux contraintes de refroidissement et de facilité de mise en série, parallèle suivant les puissances désirées (soit en courant, soit en tension).
REGULATION Une régulation de puissance en se basant sur la température du convertisseur devra être mise en place. Une régulation de tension externe devra également être réalisée afin dassurer le fonctionnement du convertisseur global.
CONTRAINTES GLOBALES Pertes et volume minimaux.
32
Étude théorique
33
Synoptique Global
34
Onduleur

• Choix de structure primaire
• Étude des différentes structures possibles.
• Choix dun montage complet Push-Pull équipé de
  Mosfets canal N et canal P.
• 2 commandes de grille uniquement
• Choix des Mosfets
• Détermination de la fréquence et du taux
  dondulation du courant.
• Calcul des pertes en fonction des différents
  paramètres (f, V, Imoy)
• Nécessité de créer un outil informatique
  générique permettant une évolutivité du choix des
  Mosfets.

35
Synoptique Global
36
Transformateur

• Dimensionnement
• Établissement des équations électromagnétiques
• Choix du matériau
• Dépendance de la fréquence
• Évolution possible tout au long du projet.
• Nécessité de créer un outil informatique
  générique permettant une évolutivité du choix du
  transformateur.

37
Synoptique Global
38
Redresseur

• Choix de structure secondaire
• Étude des différentes structures possibles.
• Choix dun montage pont en H, afin davoir un
  redresseur double alternance.
• Montage autonome dun point de vue commande
• Choix des Semi-conducteurs
• Comparaison entre utilisation de diodes et
  Mosfets.
• Auto commande du redresseur
• Choix des Mosfets type, dimensionnement

39
Synoptique Global
40
Commande

• Commander les interrupteurs
• Horloge,
• Décalage,
• Temps morts,
• Faire le lien avec la régulation
• Valeur moyenne,
• Puissance,
• Globale.

41
Commande

• Deux solutions
• Utilisation dun FPGA
• Mais
• Utilisation de régulateurs
• ROM (Read Only Memory)
• Circuit de programmation in situ

42
Commande

• Utilisation dun composant dédié

43
Synoptique Global
44
Régulation de puissance

• Régulation interne pour
• Équilibrer le fonctionnement des convertisseurs
• Garantir des tensions ou des courants identiques
  selon les associations
• Éviter la surchauffe
• Contraintes
• Peu de puissance
• Faible dimension
• Régulation thermique

45
Régulation de puissance

• Principe
• Thermocouples .
• Comparaison des Températures entre le centre et
  les bords.
• Réajuster la commande

46
Régulation de puissance
47
Synoptique Global
48
Régulation de la valeur moyenne

• Dissymétrie des temps de conduction

49
Régulation de la valeur moyenne

• Extraction de la tension moyenne
• Recherche dune solution simple filtre R-C.
• Simulation dun filtre R-C.
• Adaptation de la consigne
• Réglage des temps morts
• Utilisation de résistances pilotées en tension

50
Packaging
51
Contraintes

• Un système permettant dobtenir les liaisons
  voulues entre les convertisseurs.

Série-Série
Parallèle-Série
Série-Parallèle
Parallèle-Parallèle
52
Contraintes

• Une méthode pour relier les convertisseurs avec
  le moins de pertes possible.
• Un boîtier capable de dissiper les pertes.

53
Solutions envisagées

• Pour les connections
• choix des connections par agencement spatial des
  boîtiers
• Liaison par des connecteurs externes tels que des
  bus barre.
• commande électronique du type de connexion  on
  impose électroniquement ce qui correspond à
  chaque connectique.
• Pour le refroidissement
• Radiateur par bloc
• Ventilation
• Radiateur sur une structure externe

54
Solution retenue

• Pour les connections
• Liaisons faites par blocs de 10 convertisseurs
  dans une même configuration entrée-sortie
• Pour le refroidissement
• Deux radiateurs par bloc
• Utilisation de résine thermo-conductrice
• Évolutions et améliorations
• Structure du  pack  adaptable au nombre de
  convertisseurs en utilisant des éléments sécables.

55
Réalisation
56
Tests

• Test du composant de commande
• Compréhension datasheet (mode de protection,
  comparateur, ).
• Retard dans le câblage du composant.
• Commande décalée.
• Test de la structure
• Validation de londuleur et du redresseur avec
  des composants IRF.
• Vérification du fonctionnement des Mosfets en
  statique.
• Problème dans les temps de commutation Capacité
  en parallèle.
• Tests sur plaque à trous pour lassociation avec
  la commande Inductances parasites.
• Test de la régulation
• Validation indépendante du fonctionnement de la
  régulation de puissance.
• Test du transformateur
• Validation du transformateur.

57
Conclusion

• Objectif initial pas atteint
• Mais
• Étude théorique achevée
• Éléments fonctionnant séparément
• Projet enrichissant techniquement
• Approfondissement des cours délectronique de
  puissance
• Réflexion sur des éléments inédits tels que la
  régulation de puissance et le packaging

58
Questions