Laboratoire no. 9 DESIGN ET REALISATION D`UN HACHEUR

Laboratoire no. 9
DESIGN ET REALISATION D’UN HACHEUR SURVOLTEUR (BOOST)
1. Objectifs
Conception, réalisation et évaluation d’un hacheur survolteur.
2. Description des travaux
Ce travail consiste à:
- Etudier les différentes données techniques :
- Le transistor Mosfet IRF3205
- La diode MBR340
- Le régulateur LM2578A
- Les tores magnétiques 58848
- Faire la conception d’un hacheur survolteur (7V-14V) utilisant les différents composants
précédents et estimer ses performances
- Réaliser le montage sur un breadboard et vérifier les performances
2.1 Cahier des charges et schéma
Les spécifications du hacheur à concevoir sont:
- Tension d’entrée variant entre 7 V et 10 V
- Tension de sortie régulée à 14 V
- Charge résistive de 24 ohms / 10 W
- Fréquence de modulation : 50 kHz
L’inductance L est donnée et a les caractéristiques suivantes :
Tore magnétique type Magnetics 58848 A2
Nombre de tours : 64
Fil AWG #20 et environ 70 pouces de longueur
Le circuit de commande sera réalisé à l’aide d’in composant LM2578A
La structure générale du hacheur survolteur à réaliser est la suivante :
MRB340
L
Vs = 14 V
R charge
V1
7 à 10 V
24 Ω
IRF3205
LM2578A
+
Vref
-
rg
Modulation et
commande
rapprochée
R1
R2
2.1 Préparation du laboratoire (avant-projet)
1. Calcul des caractéristiques de l’inductance L
- Calculer la valeur de l’inductance L et de sa résistance interne à température ambiante
- Déterminer son courant maximal sans avoir de saturation magnétique
- Quelles seront les conséquences de la saturation magnétique dans le montage boost?
- Expliquer comment on peut vérifier l’absence de saturation magnétique lors du
fonctionnement en utilisant l’oscilloscope?
2. Analyse du fonctionnement général du hacheur
- Calculer le courant moyen, maximal, dans l’inductance dans les conditions de
fonctionnement du hacheur à réaliser. En déduire la densité de courant dans le fil.
- Calculer l’ondulation maximale du courant dans l’inductance.
- Vérifier que l’inductance donnée permet d’assurer un fonctionnement satisfaisant du
hacheur.
- Tracer les formes de courant dans l’inductance, le transistor et la diode en précisant les
amplitudes sur vos graphiques et le rapport cyclique
- Tracer la forme de la tension aux bornes de l’inductance, le transistor et la diode en
précisant amplitudes sur vos graphiques et le rapport cyclique. (on néglige l’ondulation
de tension de sortie)
- Vérifier que le transistor IRF3205 et la diode MBR340 peuvent être utilisés sans
problème dans cet hacheur.
- Estimer les pertes par conduction dans le transistor et dans la diode.
- Estimer le rendement de cet hacheur si on néglige les pertes par commutation.
3. Analyse du fonctionnement du circuit LM2578A
Le circuit LM2578A est utilisé comme régulateur de tension, comme générateur du
signal de modulation et comme commande rapprochée du Mosfet de puissance.
On vous propose les 2 configurations suivantes pour réaliser la commande rapprochée :
- Expliquer le fonctionnement de ces 2 configurations en précisant le rôle des résistances Rg et
Ra et l’état du transistor T1 qui permet d’amorcer le transistor de puissance et le bloquer.
- Sachant que la boucle de régulation provoque l’amorçage du transistor T1 dès que la tension
de sortie devient plus faible que le niveau de référence, déterminer la configuration de
commande rapprochée qu’il faut utiliser pour avoir un fonctionnement correct du montage.
- Connaissant la capacité d’entrée du Mosfet Ciss, estimer les résistances Rg et Ra qui
permettent d’amorcer et de bloquer le Mosfet en 150 ns environ. On considère que ce temps
correspond à la constante de temps définie par le produit (Résistance driver X, Capacité
d’entrée).
- Calculer la valeur des résistances R1 et R2 de la boucle de régulation de tension (voir données
techniques)
- Calculer la valeur de la capacité à insérer sur la patte 3 du circuit pour fixer la fréquence de
modulation
- Éventuellement, définir la valeur des autres composants nécessaires au bon fonctionnement
du circuit LM2578
2.2 Réalisation et essais du hacheur survolteur
• Construire le montage de hacheur suivant en utilisant une plaque de montage (breadboard).
Il est important de minimiser les longueurs des fils. La longueur de maille composée de la diode,
du transistor et de la capacité doit être minimale. C’est la même chose pour la commande
rapprochée.
MRB340
L
V1
47Ω
7 à 10 V
47Ω
Vin
6
7
8
+
Vref
-
Vs = 14 V
R charge
1000µF
25V
IRF3205
24 Ω
0.1µF
130 K
Modulation et
commande
rapprochée
5
10 K
1
LM2578A
4
3
3.3nF
3.3nF
Avant de brancher la source de tension, régler sa valeur à vide à 7V et limiter le courant de
court-circuit à 4A.
• Mettre sous tension et vérifier le bon fonctionnement du hacheur et de la régulation de
tension
• Mesurer la fréquence de modulation, l’ondulation de courant et le rendement
• Faire valider le fonctionnement et les mesures par un responsable du cours
NB : Il n’y aura pas de compte rendu à remettre après la séance de laboratoire. La note de
laboratoire sera attribuée en fonction :
- Mini-test sur le travail d’avant-projet et l’utilisation de la documentation (20%)
- Validation du bon fonctionnement par un responsable avant la fin de la séance (80%)