Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT Conception et réalisation d’un circuit électronique pour l’alimentation d’actionneurs innovants Rapport de stage Laboratoire LAPLACE, site ENSEEIHT 2, rue Charles Camichel, BP 7122 31071 Toulouse Cedex 07 12/04/2010 – 18/06/2010 Stagiaire : Damien ARDITO Etudiant en 2ème année de DUT GEII Tuteur de stage : François PIGACHE Maître de conférences Année universitaire 2009 – 2010 Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 1 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 2 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT Sommaire Avant-propos .................................................................................. 4 Introduction .................................................................................... 5 1. Le LAPLACE 1.1 Présentation .............................................................................. 6 1.2 Les groupes de recherche ............................................................ 7 1.3 Organisation du laboratoire ......................................................... 8 1.4 Effectifs..................................................................................... 9 1.5 Le GREM3 ................................................................................10 2. Le projet PMS II 2.1 Définition .................................................................................12 2.2 Etudes menées .........................................................................13 2.3 Prototypes réalisés ....................................................................14 3. Cahier des charges 3.1 Expression du besoin .................................................................16 3.2 Analyse fonctionnelle .................................................................18 4. Etude et conception 4.1 Le transformateur piézoélectrique ...............................................20 4.2 Les MEMS .................................................................................24 4.3 Le circuit final ...........................................................................27 5. Réalisation 5.1 Design du circuit .......................................................................36 5.2 Tests et validations....................................................................42 5.3 Réglage du circuit ......................................................................47 Conclusion .....................................................................................52 Bibliographie ..................................................................................54 Webographie ..................................................................................55 Annexes ........................................................................................56 Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 3 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT Avant-propos Partant de plusieurs travaux concernant les transformateurs piézoélectriques, ce stage ne fut pas pour autant une simple reprise. Et pour cause, c’est la deuxième fois que le LAPLACE intègre un stagiaire de l’IUT de Nancy-Brabois dans le cadre de leurs recherches, portant sur un projet global visant à la réalisation d’un nouveau type d’alimentation compact, tant les performances affichées demeurent pour le moins intéressantes. Les travaux de Dominique CHAPTAL, stagiaire en 2009, furent une avancée dans la recherche sur l’alimentation piézoélectrique engagée par le GREM3. Bien que dans un cadre différent du précédent, ce stage s’inscrit dans la continuité des activités du GREM3 et les résultats qui en découleront seront très attendus par les partenaires du projet. Je tenais donc à remercier mon tuteur, François PIGACHE, tout d’abord pour m’avoir permis d’effectuer ce stage de fin d’études au sein du laboratoire LAPLACE, mais aussi de m’avoir aidé à surmonter les difficultés auxquelles j’ai été plusieurs fois confronté au cours de ces dix semaines. Mes remerciements d’adressent également à l’ensemble du personnel du GREM3, qui m’a intégré naturellement dans leur groupe, aux personnes qui n’ont pas hésité à m’aider et ainsi qu’à l’ensemble du personnel de l’ENSEEIHT. Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 4 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT Introduction Dans le cadre de la formation du DUT GEII à l’IUT de Nancy-Brabois, les étudiants de deuxième année doivent effectuer un stage de dix (ou douze) semaines en entreprise. Le diplôme étant professionnalisant, ce stage a pour objectif de préparer le futur technicien supérieur au monde du travail. Pour ma part, j’ai choisi d’intégrer le laboratoire de recherche LAPLACE (pour Laboratoire Plasma et Conversion d’Energie), situé sur le site de l’ENSEEIHT, dans la ville de Toulouse. Ce stage, qui s’est déroulé du 12 avril 2010 au 18 juin 2010, a eu lieu dans les nouveaux locaux du GREM3. Le choix du LAPLACE s’est justifié par ma volonté de réaliser mon stage dans un cadre particulier, bien éloigné du cadre classique d’une entreprise, bien que d’une manière générale, le fonctionnement d’un tel laboratoire s’apparente à celui d’une société. Durant ces dix semaines, j’ai ainsi incarné le rôle de technicien de laboratoire dont les fonctions principales sont la conception, la réalisation et le test de circuits électroniques. De par ses responsabilités, il doit rendre des comptes à ses supérieurs, c’est-à-dire entre autres, respecter le calendrier prévisionnel et le budget établi préalablement. Dans ma situation et à l’issue de ma mission, j’ai dû remettre à mon tuteur, François PIGACHE, un circuit fonctionnel, respectant le cahier des charges. En effet, comme le précise le sujet, j’ai la charge de la conception et de la réalisation d’un circuit électronique pour l’alimentation d’actionneurs innovants. Sans entrer dans les détails, le système doit assurer l’alimentation électrique d’un moteur particulier du fait de sa taille et de son comportement spécifique : il s’agit d’un MEMS (dont le fonctionnement sera détaillé dans la quatrième partie) qui, pour s’actionner, nécessite une forte tension, de l’ordre de 200 Volts. La particularité du système à concevoir réside dans le fait que l’on dispose en entrée du système d’une source continue de 3 Volts, type pile bouton. Tout l’enjeu du stage se tient donc dans la capacité à réaliser un circuit compact capable de « transformer » une faible tension en une tension élevée. Le dispositif employé capable d’assurer cette fonction est le transformateur piézoélectrique. Le présent rapport synthétise donc l’activité de mes dix semaines de stage passées au sein du LAPLACE. Divisé en cinq parties distinctes, on y retrouvera, en outre, une présentation du LAPLACE, ainsi que du groupe de recherche (GREM3) auquel j’ai été affecté. La deuxième partie abordera la présentation du projet PMS II, à l’origine de mon stage. Par la suite, la troisième partie abordera plus en détails le cahier des charges, l’analyse fonctionnelle associée au projet, et d’une autre manière, les attentes de mon stage. Enfin, les quatrième et cinquième parties traiteront elles, de façon plus technique, tout le coté conception, réalisation et tests. Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 5 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT 1. Le LAPLACE 1.1 Présentation Le LAPLACE (pour Laboratoire Plasma et Conversion d’Energie), est une unité mixte de recherche, UMR 5213, commune au Centre National de Recherche Scientifique (CNRS), à l’Institut National Polytechnique de Toulouse (INPT), et à l’Université Paul Sabatier (UPS). Le laboratoire est né le 1er janvier 2007 de la fusion de trois unités mixtes de recherche : le CPAT (Centre de Physique des Plasmas et de leurs Applications de Toulouse), le LEII (Laboratoire d’Electrotechnique et d’Electronique Industrielle), le LGET (Laboratoire de Génie Electrique de Toulouse) et d’une équipe d’accueil, le LE (Laboratoire d’Energétique). Le LAPLACE a aussi intégré le LAME (Laboratoire Microondes et Electromagnétisme). Aboutissement d’un long processus de réflexion qui a permis de structurer un projet scientifique ambitieux et d’adopter un mode d’organisation dont l’objectif est de gommer les frontières des laboratoires d’origine tout en favorisant les synergies entre groupes de recherche, le LAPLACE va bientôt entamer sa quatrième année d’existence. Les thèmes de recherche Les recherches menées au LAPLACE s’inscrivent dans le domaine de l’énergie électrique et des plasmas et couvrent une multitude d’activités qui englobent la production, le transport, la gestion, la conversion et l’usage de l’électricité. Plus précisément, on retiendra : L’étude comportementale des matériaux et la recherche de nouveaux matériaux pour le génie électrique, l’électronique de puissance ou l’électrotechnique Les études sur les plasmas et leurs applications créés par tous types de décharges La conception et la commande des composants, des dispositifs et systèmes de production, de conversion, de traitement et de stockage de l’énergie électrique, ainsi que leur sûreté de fonctionnement De part son potentiel humain, le LAPLACE est la première concentration de recherche dans le domaine du Génie Electrique et des Plasmas au niveau national. Les domaines d’application Les domaines d’applications des recherches concernent les transports, l’aéronautique, le spatial, l’environnement, l’énergie, la biologie et la santé. Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 6 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT Localisation Le laboratoire est implanté en deux endroits de Toulouse : au sein de l’ENSEEIHT (Ecole Nationale Supérieur d’Electrotechnique, d’Electronique, d’Informatique, d’Hydraulique et des Télécommunications) en plein cœur de la ville, où ont été aménagés de nouveaux locaux, et au sein du Complexe Scientifique de Rangueil, sur le site de l’UPS (Université Paul Sabatier). Fig. 1 - Les deux sites (en rose) du LAPLACE à Toulouse La présence du LAPLACE au cœur du centre ville de Toulouse, ainsi que sur le pôle scientifique de Rangueil souligne l’importance de la recherche dans la ville, d’autant plus qu’un grand nombre d’industries de pointe (aéronautique, télécommunication) y sont implantées. 1.2 Les groupes de recherche Le laboratoire est divisé en 12 groupes de recherches qui participent chacun au triptyque plasma/matériau/système. AEPPT : Arcs Electriques et Procédés Plasmas Thermiques CODIASE : Commande et Diagnostic des Systèmes Electriques CS : Convertisseurs Statiques DSF : Diélectriques Solides et Fiabilité GENESYS : Groupe Energie Electrique et Systémique GRE : Groupe de Recherche en Electromagnétisme GREM3 : Groupe de Recherches en Electrodynamique, Matériaux, Machines et Mécanismes Electroactifs GREPHE : Groupe de Recherche Energétique, Plasmas, et Hors Equilibre LM : Lumière et Matière MDCE : Matériaux Diélectriques dans la Conversion d’Energie MPP : Matériaux et Procédés Plasmas PRHE : Plasmas Réactifs Hors Equilibre Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 7 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT Bien que ces groupes aient chacun leurs propres thèmes de recherche, des thèmes transversaux fédératifs ont vu le jour. Ils associent plusieurs groupes dans un cadre collaboratif à objectifs partagés. 1.3 Organisation du laboratoire Le LAPLACE dispose de plusieurs entités qui prennent part, conjointement avec l’équipe de direction, aux décisions du laboratoire : Fig. 2 - Organigramme du LAPLACE L’équipe de direction La direction du LAPLACE est confiée à trois personnalités : (de gauche à droite) Christian LAURENT, Directeur de recherche au CNRS, Directeur Georges ZISSIS, Professeur des Universités, Directeur Adjoint Maurice FADEL, Professeur des Universités, Directeur Adjoint Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 8 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT Le conseil de laboratoire Le Conseil de laboratoire est statutaire. Il a un rôle consultatif et émet un avis sur toutes les questions relatives à la politique scientifique, la gestion des ressources, l’organisation et le fonctionnement de l’unité. Le conseil scientifique Il est en charge de l’ensemble de la politique scientifique du laboratoire, de son élaboration à sa conduite et à son évaluation. Le comité des services communs Cette structure a pour mission, entre autres, de coordonner l’action des services communs du laboratoire dans le cadre d’une politique harmonisée tout en veillant au respect des politiques de sites et d’effectuer un travail d’analyse visant à proposer un budget annuel par service, éventuellement décliné sur les deux sites du laboratoire, et qui tient compte de la politique des services communs définie en Conseil de laboratoire. 1.4 Effectifs A compter du 1er janvier 2009, le personnel du LAPLACE se compose de 157 permanents, 149 doctorants et post-doctorants (hors stagiaires) dont : 107 chercheurs et enseignants-chercheurs 44 ingénieurs, techniciens et administratifs 149 doctorants et post-doctorants Les enseignants-chercheurs, au nombre de 80, sont rattachés aux deux composantes du LAPLACE : INPT : 34 UPS : 46 Les chercheurs CNRS, regroupent pour leur part, 33 personnes. Les personnels ingénieurs, techniciens et administratifs, au nombre de 44, sont répartis de cette façon : IATOS rattachés à l’INPT : 3 IATOS rattachés à l’UPS : 14 ITA CNRS : 21 Contractuels administratifs : 3 Contractuels techniques : 3 Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 9 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT Enfin, le LAPLACE accueille un grand nombre de doctorants et de postdoctorants, ainsi qu’une plus petite proportion de stagiaires Master et IUT : Doctorants : 121 Post-Doctorants : 28 1.5 Le GREM3 Objectifs généraux Le thème général du Groupe de Recherches en Electrodynamique, Matériaux, Machines et Mécanismes Electroactifs, GREM3, concerne la modélisation et la maîtrise des phénomènes physiques d’interaction électromécanique ainsi que l’exploration et la mise en œuvre de procédés innovants pour la conversion électromécanique de l’énergie et les systèmes d’actionnement. Composition de l’équipe Le GREM3 est une équipe mixte composée, de professeurs des universités (PR), de maîtres de conférences (MC), d’un chercheur (CR), d’un ingénieur d’études (IE) ainsi que de doctorants. La direction du groupe est assurée par Bertrand NOGAREDE, Professeur INPT. 1 chercheur et 6 enseignants-chercheurs : DUHAYON E. (MC) HENAUX C. (MC) PIGACHE F. (MC) MESSINE F. (MC 50%) ROUCHON J.F. (PR) LARROCHE R. (T 50%) NOGAREDE B. (PR) HARRIBEY D. (IE) LEFEVRE Y. (CR) 8 doctorants Activités de recherche Originellement focalisée sur l’étude et la mise en œuvre des machines tournantes à commutation électronique, l’histoire de ce groupe depuis les années 1990, a consistée à un élargissement progressif de son champ d’activités, depuis la conception de machines et d’actionneurs à effets électromagnétiques à base de nouveaux matériaux (aimants permanents, matériaux magnétiques composites), jusqu’à l’étude de procédés de conversion innovants fondés sur l’exploitation des couplages électromagnétoélastiques (actionneurs, structures et systèmes intelligents à base de matériaux électroactifs). Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 10 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT Thèmes de recherche Fig. 3 - Les thèmes de recherche du GREM3 1. Actions sur les solides : actionneurs électromécaniques innovants Machines électromagnétiques à hautes vitesses Actionneurs à fort couple massique Nouvelles fonctionnalités électromécaniques 2. Actions sur les fluides : manipulation électroactive des écoulements Contrôle de forme électroactif de voilures aéronautiques Contrôle électroactifs des écoulements en vue de la réduction de traînée aérodynamique Fonction cardiovasculaire électrique – assistance circulatoire 3. Modélisation électromagnétique : phénomènes couplés multiphysiques Modélisation des effets dynamiques du champ électromagnétique Modélisation du couplage électroélastique dans les matériaux électroactifs, prise en compte des aspects tribologiques 4. Méthodologie de conception : approche de type « inverse design » Résolution par traitement numérique du problème discrétisé Résolution par reformulation analytique Collaborations Supports institutionnels : DGA, ANR, Communauté Européenne Partenariat universitaire : Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse, ONERA-SUPAERO, AP-HP Pitié Salpêtrière, Université de Montréal (GERAD), Université de Liberec, Ecole Centrale de Lyon, Université de Mons Partenariat industriel : GOODRICH, TECHNOFAN, AIRBUS, LIEBHERR, SAGEM, RATIER-FIGEAC, ARELEC, HÖGANÄS, PME régionales Mots-Clés Couplage électromécanique ; Modèles physiques ; Matériaux électroactifs ; Actionneurs ; transformateurs et transducteurs piézoélectriques ; Application aux systèmes embarqués (aéronautique & espace, médecine...) Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 11 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT 2. Le projet PMS II L’objectif de cette deuxième partie est de présenter dans la globalité le projet PMS II mené par le GREM3. Il sera fait mention de plusieurs points techniques que nous détaillerons plus loin, dans une partie entièrement dédiées aux technologies mise en œuvre dans le circuit. Aussi, les termes micro-actionneurs, MEMS et micromoteur sont équivalents, de même que PT et transformateur piézoélectrique. 2.1 Définition Le projet PMS II (pour Power Micro System) est une étude menée par le GREM3 et qui a pour objectif le développement d’une alimentation électronique pour micro-actionneurs MEMS. Ces actionneurs innovants nécessitent une source haute tension stable pour pouvoir fonctionner. En première approche, le schéma de principe du système est classiquement décomposé en deux fonctions : Un étage élévateur de tension Un étage redresseur Le transformateur piézoélectrique offre de très bonnes performances, notamment en termes de densité de puissance, de rendement et de coût que les sources dites « classiques », telles que les transformateurs électromagnétique, ne peuvent égaler. Une contrainte majeure du projet vient définitivement supplanter l’utilisation de convertisseurs conventionnels : il y a une volonté forte du GREM3 de concevoir un dispositif miniaturisé qui puisse être implémentés dans des appareils nomades. Ainsi, la technologie PMS II mettra en œuvre un transformateur piézoélectrique (PT) élévateur de tension, qui offre des résultats en accord avec le cahier des charges fixé par le GREM3. Par ailleurs, les principaux secteurs industriels qui seront susceptibles d’implémenter ce dispositif sont : Le Le Le Le Le domaine domaine domaine domaine domaine de la téléphonie mobile des appareils photo numériques médical des transports terrestres et aériens de la défense On remarque aisément que l’alimentation piézoélectrique risque d’être sollicitée dans des secteurs où une grande densité de puissance et une forte compacité sont recherchées et appréciées. Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 12 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT Les contraintes qui découlent de l’utilisation de l’alimentation pour ces applications sont multiples et justifient le choix du transformateur piézoélectrique : Encombrement réduit Rendement élevé (~90%) Forte densité de puissance Réduction des interférences électromagnétiques (EMI) La première phase d’étude pour le GREM3 est de concevoir une alimentation employant un transformateur piézoélectrique du commerce. Après avoir validé la première version du circuit, une étude d’optimisation de la structure est menée afin d’adapter au mieux le dimensionnement du transformateur à sa charge. En effet, les micro-actionneurs ont une caractéristique particulière qui fait que leur impédance varie au cours de leur utilisation. Ainsi, l’optimisation du PT conduira à une adaptation d’impédance entre la source et la charge. L’alimentation suivantes : électronique devra respecter les caractéristiques Tension du bus d’entrée : 1,5 V à 24 V Tension par phase du moteur : 0 à 150 V Fréquence de fonctionnement : 1 à 1000 Hz Couple du moteur : 10 à 250 µN.m Vitesse du moteur : 1 à 1000 tr/min Forme d’onde d’alimentation : créneaux ou rampe de tension 2.2 Etudes menées Les études qui ont été menées par le GREM3 reprennent celles qui ont été menées auparavant par d’autres chercheurs sur les transformateurs piézoélectriques. Ainsi, le schéma de principe a été conservé lors de la conception du système. Fig. 4 - Circuit de base incluant l’élévateur de tension (PT), Le redresseur de tension (D1-D2-Cf) et la charge RL Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 13 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT Le circuit présenté sera par la suite modifié, notamment au niveau du redresseur. En effet, nous verrons plus tard que le niveau de tension en sortie du PT est insuffisant pour permettre de faire fonctionner correctement le micromoteur. Une modélisation du transformateur piézoélectrique a été effectuée afin de dimensionner les composants qui vont « entourer » l’élévateur de tension et aussi de déterminer les paramètres qui vont entrer en jeu pour l’optimisation du circuit d’alimentation. Ces points seront traités dans le détail dans la quatrième partie du rapport. Enfin, une étude approfondie a été portée concernant le transformateur lui-même. Le but de cette étude fut d’optimiser le dimensionnement PT pour obtenir les meilleures performances, car rappelons que selon la charge qui est connectée en sortie de l’étage élévateur (c'est-à-dire le redresseur et le MEMS), le comportement du transformateur varie. Par conséquent, les performances de l’alimentation en seront affectées. 2.3 Prototypes réalisés Après avoir effectué la conception et le dimensionnement des composants qui forment le circuit d’alimentation, une première version expérimentale a été réalisée par le GREM3, employant un transformateur 4 Watts Panasonic du commerce. Bien qu’il ne réponde pas aux contraintes d’encombrement définies par le GREM3, il permit de valider la structure du circuit. Fig. 5 - Premier prototype de l’alimentation employant un transformateur Panasonic 4 Watts Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 14 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT Un second prototype a vu le jour à l’occasion du stage de Dominique CHAPTAL. Cette fois-ci, le transformateur fut complètement optimisé par le GREM3. Cette seconde version a été conçue afin de satisfaire les besoins du micro-actionneur dont les caractéristiques électriques sont les suivantes : Vmax : 200 V (forme d’onde en dents de scie) Fréquence : 512 Hz Cependant, les performances affichées lors du test n’ont pas été à la hauteur des espérances. Ainsi, une autre validation expérimentale à été cette fois entreprise sur un actionneur de génération précédente qui présente ces caractéristiques : Vmax : 80 V (forme d’onde en dents de scie) Fréquence : 100 Hz Enfin, l’emploi de composants électroniques de type CMS a été généralisé sur la seconde platine, afin de respecter les contraintes d’encombrement définies préalablement par le GREM3. Fig. 6 - Deuxième version de l’alimentation employant cette fois-ci un PT entièrement optimisé par le GREM3 Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 15 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT 3. Cahier des charges La présente partie a pour but d’établir clairement les contraintes du circuit d’alimentation piézoélectrique et celles liées à sa réalisation, et d’une autre façon, d’établir les objectifs à atteindre à l’issue des dix semaines de stage. 3.1 Expression du besoin Dans un premier temps, il convient d’analyser l’intitulé du sujet de stage afin d’y faire apparaître les attentes de mon travail. Ainsi, l’objet de ces dix semaines de stage concerne : Conception et réalisation d’un circuit électronique pour l’alimentation d’actionneurs innovants On remarque plusieurs mots-clés qui définissent les contours du besoin établi par le GREM3, pour le projet PMS II : Circuit électronique la carte à concevoir et à réaliser sera compacte, employant exclusivement des composants de type CMS. Alimentation le circuit devra assurer l’alimentation électrique d’un micromoteur de type capacitif à l’aide d’un PT. Actionneurs innovants il s’agit de la charge qui sera alimentée par le circuit. Cette charge est un MEMS dont le fonctionnement sera détaillé plus loin. Nature du signal à générer Pour pouvoir être fonctionnel, une forme de tension spécifique devra être appliquée au bornes du micromoteur afin qu’il fonctionne normalement. Le GREM3 a donc choisi d’alimenter la charge avec une tension en dents de scie : Fig. 7 - Tension en dents de scie aux bornes du MEMS Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 16 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT Le précédent signal devra respecter les caractéristiques suivantes pour permettre un fonctionnement optimal du micromoteur : Forme en dents de scie Une fréquence de 512 Hz Un rapport cyclique de 50% Une tension maximale atteinte au bout de la demi-période de 200 Volts La forme du signal La rampe de tension a été choisie car elle permet une action mécanique plus douce de par l’accumulation progressive des charges électriques. La fréquence Le choix de la fréquence de 512 Hz n’est pas anodin : en effet, le mécanisme interne du MEMS comporte une roue dentée de 512 dents, couplée à l’axe de rotation du moteur. De cette façon, en appliquant une rampe à cette fréquence, on parvient à faire tourner le MEMS à une vitesse d’un tour par seconde (une rampe de tension entraîne la rotation de la roue de 1/512ième de tour). Le rapport cyclique Compte tenu du comportement capacitif de la charge, un laps de temps est nécessaire afin que le moteur puisse se décharger. C’est pourquoi la rampe n’opère que sur une demi-période, soit un rapport cyclique de 50%. La tension maximale De par la structure interne du MEMS (dont le fonctionnement sera détaillé plus loin), une forte tension est nécessaire afin de faire osciller les peignes de silicium. Design de la carte En ce qui concerne la géométrie du circuit électronique, on essaiera de réaliser une carte encore plus petite que celles déjà existantes. Ainsi, la troisième version de l’alimentation piézoélectrique aura des dimensions inférieures à celle réalisée par Dominique CHAPTAL, dont voici les cotes : Longueur : 30 mm Largueur : 20 mm De plus, il faudra rendre plus accessible les deux composants (une inductance et un condensateur) qui formeront le circuit d’accord de l’autooscillateur (cf. partie 4), afin de permettre un réglage plus aisé de la Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 17 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT fréquence d’usage du système. Un soin devra être apporté au niveau de la CEM et globalement au niveau du routage du circuit afin de réduire les perturbations. Fig. 8 – Circuit réalisé par D. CHAPTAL Par ailleurs, une erreur s’est glissée lors du stage de Dominique CHAPTAL au niveau des empreintes des composants. Elle devra être repérée et corrigée. Elle concerne vraisemblablement le mauvais brochage de diodes ou d’amplificateurs opérationnels (il se pourrait que ces composants soient montés à l’envers). 3.2 Analyse fonctionnelle Pour mieux comprendre les attentes de la mission et les objectifs à atteindre au bout des dix semaines de stage mais aussi dans un esprit de synthèse, une analyse fonctionnelle est nécessaire en complément du cahier des charges. Bête à cornes Fig. 9 - Bête à cornes du projet Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 18 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT Diagramme FAST Fig. 10 - Diagramme FAST Le diagramme FAST permet déjà d’entrevoir les solutions techniques qui risquent d’être employées pour mener à bien le projet. Chaque fonction fera l’objet d’une étude dans la prochaine partie. Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 19 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT 4. Etude et conception Cette quatrième partie se consacre d’une façon plus technique et plus approfondie à l’étude du circuit électronique d’alimentation. Dans un premier temps, nous aborderons la pièce maitresse du système : il s’agit du transformateur piézoélectrique. Dans un second temps, nous traiterons de la charge qui sera connectée à l’alimentation, c’est à dire le MEMS. Enfin, le circuit final fera l’objet d’une analyse afin de bien cerner le fonctionnement du système. 4.1 Le Transformateur Piézoélectrique Bien que réservés historiquement aux dispositifs électroacoustiques, aux capteurs mécaniques ou aux actionneurs de précision, depuis quelques années, le champ d’utilisation des matériaux piézoélectriques s’est élargi, avec de nouvelles utilisations, notamment en « électronique de puissance ». C’est dans ce domaine, où les circuits d’alimentation requièrent soit une grande compacité, soit une forte isolation galvanique, ou des niveaux de tension élevés que les transformateurs piézoélectriques trouvent leur place. Rappel Avant d’entrer dans l’explication du fonctionnement d’un PT, il est nécessaire de faire un rappel sur le principe physique mis en jeu dans ce type de transformateur : la piézoélectricité. La à se (effet (effet piézoélectricité caractérise la propriété que présentent certains corps polariser électriquement sous l’action d’une contrainte mécanique direct) et à se déformer lorsqu’ils sont soumis à un champ électrique inverse). Fig. 11 - Illustration de l’effet direct Cette propriété qu’ont certains matériaux non conducteurs tels que le quartz, est employée dans plusieurs dispositifs courants : microphone des portables, capteurs, allume-gaz… Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 20 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT Cependant, les matériaux utilisés généralement pour la réalisation des transformateurs piézoélectriques sont des céramiques ferroélectriques faisant partie de la famille cristalline des pérovskites, comme par exemple, le titano zirconate de plomb, ou PZT. Principe de fonctionnement Le principe de fonctionnement d’un transformateur piézoélectrique repose sur l’exploitation de la double conversion électromécanique (effet piézoélectrique inverse) puis mécanoélectrique (effet piézoélectrique direct) de l’énergie. Fig. 12 - Schéma de principe de l’utilisation d’un PT Si l’on impose une tension alternative Ventrée au niveau des électrodes primaires, on génère une vibration alternative du barreau qui induit à son tour une tension alternative Vsortie entre les électrodes secondaires. Par la suite, c’est la structure employée qui fixera le gain en tension (ou rapport de transformation). Pour être efficace, ces vibrations doivent s’accompagner d’une mise en résonance mécanique de la structure (nous détaillerons ce point un peu plus loin). Structure « Rosen » Il existe plusieurs structures de transformateurs piézoélectriques qui exploitent différents modes de couplage électromécanique. Nous retiendrons uniquement la structure Rosen, qui sera celle employée dans notre circuit d’alimentation. Fig. 13 - Transformateur de type Rosen Cette structure emploie un mode de couplage longitudinal. Cela signifie que lorsque le primaire (la moitié gauche du PT) est polarisé en épaisseur (Vin), une vibration longitudinale est générée à la fréquence de la tension appliquée. Le primaire et le secondaire étant mécaniquement couplés, une différence de potentiel Vout apparait au secondaire. Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 21 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT Modélisation Pour profiter au maximum des possibilités du transformateur piézoélectrique, la fréquence de la tension qui vient exciter le primaire doit être proche de la fréquence de résonance acoustique du PT. En effet, comme le montre la figure 14, lorsque le dispositif opère à la pulsation de résonance ωr, c’est à ce moment là que la puissance P2 et le gain G en tension seront à leur maximum. Fig. 14 – Evolution fréquentielle du gain, de la puissance et du rendement Par ailleurs, on peut donner un modèle équivalent du transformateur à sa fréquence de résonance : Fig. 15 - Circuit équivalent du PT opérant à sa résonance Les différents éléments du circuit équivalent permettent de modéliser les caractéristiques internes du PT : R1 représente les pertes mécaniques L1 et C1 représentent les caractéristiques de résonance Cin et Cout représentent les capacités d’entrée et de sortie RL représente une charge résistive connectée en sortie du PT La pulsation de résonance série du transformateur sera donc fixée par les éléments L1 et C1 du modèle, et aura pour simple expression : Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 22 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT On réalise alors à quel point il sera complexe d’être au voisinage de cette fréquence, étant donné l’imprécision sur les valeurs de L1 et C1. De plus, les performances du PT sont finalement limitées par les matériaux céramiques employés. Enfin, nous voyons d’ores et déjà que la fréquence d’alimentation devra être asservie à la fréquence de résonance afin d’obtenir les meilleurs performances du transformateur. Influence de la charge Une remarque importante sur ces transformateurs est à souligner. En effet, on a remarqué que leurs performances sont fortement dépendantes du niveau de charge connectée au secondaire. Comme le montre la figure 15, la pulsation de résonance est fonction de l’impédance de la charge. Fig. 16 – Variation de la pulsation de résonance en fonction de la charge Modes vibratoires Les modes vibratoires correspondent aux différentes formes de contraintes appliquées aux transformateurs piézoélectriques sur leur longueur. Les deux modes sollicités pour le type Rosen sont les modes λ et λ/2, où λ correspond à la longueur d’onde de la contrainte. Comme le rend compte le tableau suivant, selon le mode vibratoire sollicité, la fréquence de résonance, ainsi que le gain du PT varient. frésonance Gain en tension Panasonic (λ/2) 56,5 kHz 46 Miniature (λ/2) 127 kHz 44,55 Miniature (λ) 255,2 kHz -38,68 Tableau 1 – Valeurs de fréquence de résonance série et de gain en tension fonction du mode vibratoire sollicité Note : la dénomination « Miniature » correspond optimisé par le GREM3 (cf. Optimisation). Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois au transformateur 23 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT Optimisation En vue de réaliser une alimentation utilisant un transformateur piézoélectrique employant les deux modes vibratoires λ et λ/2, une optimisation a été entreprise par le GREM3. En effet, le PT doit satisfaire un encombrement réduit tout en respectant les critères suivants : Le gain en tension Un rendement très élevé Les limites dimensionnelles du fabricant Les limites dimensionnelles favorables attendus aux modes vibratoires La fabrication des barreaux a été par la suite sous-traitée par la société Noliac. Fig. 17 – PT final avec fils de connexion Bilan Bien que l’implémentation des transformateurs piézoélectriques ne soit pas aisée en raison des paramètres externes (niveau de charge, température, etc.) qui modifient leur comportement, ils affichent néanmoins des qualités appréciables en terme de rendement, de dimensions, de coût et de CEM, que ne présentent pas les transformateurs conventionnels. 4.2 Les MEMS Les MEMS (acronyme anglais pour Microelectromechanical systems) sont des dispositifs comprenant un ou plusieurs éléments mécaniques, utilisant l’électricité comme source d’énergie, en vue de réaliser une fonction de capteur et/ou d’actionneur avec au moins une structure présentant des dimensions micrométriques. Le terme systèmes microélectromécaniques est la traduction française des MEMS. Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 24 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT Fig. 18a – Vue d’ensemble du MEMS Fig. 18b – Entouré en rouge, l’axe du moteur Principe de fonctionnement Le fonctionnement des MEMS capacitifs repose sur l’exploitation des forces de Coulomb grâce à des peignes électrostatiques qui le composent (figure 19a). Le principe utilisé est la mise en parallèle de plusieurs plaques, dont la force croit proportionnellement avec le nombre total de peignes. Lorsque une forte tension est appliquée entre les deux électrodes Et et Eb du MEMS (figure 19b), les peignes se rapprochent l’un de l’autre. On obtient alors un mouvement linéaire de va-et-vient par l’alternance de phases d’alimentation et de coupure. Cette oscillation se retrouve par la suite transformée en un mouvement de rotation grâce à un système mécanique de crémaillère. Fig. 19a – Géométrie d’un peigne Fig. 19b – Actionneur en peigne Fig. 20a – Peignes d’un MEMS Fig. 20b – Mécanisme interne Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 25 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT Modélisation L’utilisation de l’analyseur d’impédance du laboratoire nous a permis de donner un circuit équivalent du micromoteur utilisé, même si en réalité, le comportement particulier du MEMS entraîne une variation de l’impédance selon la proximité dynamique des peignes. Ainsi, on a pu approcher le comportement de l’actionneur comme étant la combinaison de deux composants passifs, c’est-à-dire ici d’une résistance RMEMS et d’une capacité CMEMS : Fig. 21 – Circuit équivalent du MEMS L’appareil nous a donc donné comme valeurs : RMEMS = 99,4 MΩ CMEMS = 71,3 pF C’est d’ailleurs avec ce modèle statique que seront faites les prochaines simulations du circuit d’alimentation afin d’appréhender les résultats pratiques. Applications Depuis leur apparition, les MEMS font l’objet d’un très grand nombre d’applications industrielles, mais aussi d’appareils d’utilisation courante. Les plus importantes sont : Les Les Les Les Les injecteurs pour imprimantes à jet d’encre capteurs de pression micro-miroirs (vidéoprojecteurs) micro-relais accéléromètres (airbags et iPhone), etc. Bilan Bien qu’il existe des MEMS reposant sur d’autres principes, ceux présentés auparavant se présentent comme des dispositifs dont le comportement particulier (assimilable à une capacité variable) nous oblige à concevoir un circuit d’alimentation adapté. Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 26 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT 4.3 Le circuit final Compte tenu des caractéristiques données précédemment sur le PT et sur le micromoteur, le futur circuit d’alimentation devra être conçu de façon à respecter les contraintes suivantes : Tension maximale aux bornes du MEMS : 200 Volts Forme de la tension UMEMS : dents de scie Durée de charge/décharge du MEMS : 1/512 secondes (soit 512 Hz) Pour satisfaire ces trois contraintes, un circuit muni d’un transformateur piézoélectrique a été conçu par François PIGACHE. Le système est composé de plusieurs fonctions qui ont chacune un rôle particulier. Ce point traitera donc de l’étude des différents blocs qui composent l’alimentation piézoélectrique. Par ailleurs, pour permettre la compréhension du fonctionnement de chaque fonction, une simulation a été préalablement réalisée sous OrCAD Layout. On retrouvera donc pour chaque étage, un oscillogramme mettant en évidence les signaux associés. Le multivibrateur astable C’est cet étage qui va permettre de réaliser le signal en créneaux d’une fréquence de 512 Hz, utilisé par la suite dans un autre bloc pour « activer » successivement la charge et la décharge du MEMS. Le circuit le plus simple à mettre en œuvre reste celui composé d’un amplificateur opérationnel et de quelques autres éléments passifs (résistances et condensateurs) : Fig. 22 – Circuit de l’astable Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 27 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT Grace à la formule liant la fréquence de fonctionnement de l’astable et les composants passifs qui le composent, nous pouvons trouver les valeurs de C6 et R12 afin d’obtenir la fréquence de 512 Hz désirée : Etant donné que nous disposons uniquement d’une alimentation 3 Volts continue, et non d’une alimentation symétrique du type ± 15 Volts, un pont diviseur de tension (R10 et R11) permet d’obtenir une tension intermédiaire (appelée point milieu) de façon à ce que la sortie Vcontrol de l’AOP varie bien entre 0 et 3 Volts. De plus, nous avons besoin de générer le signal complémentaire VcontrolB. Pour cela, on utilise simplement le transistor Q5 qui fonctionne en régime non linéaire (bloqué/saturé), jouant le rôle d’un inverseur. Fig. 23 – Simulation du multivibrateur astable. En vert, Vcontrol ; en rouge, son complément L’auto-oscillateur Il s’agit de l’étage le plus délicat du circuit. En effet, c’est ici qu’est mis en œuvre le transformateur piézoélectrique. Dans cette configuration, il est employé sur le principe comparable à celui d’un oscillateur à quartz. Le système peut donc se présenter sous la forme d’une structure bouclée classique : Fig. 24 – Schéma-bloc d’un système oscillant Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 28 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT Pour que l’auto-oscillation ait lieu, le système doit respecter la condition de Barkhausen qui est : En pratique, deux conditions doivent être réunies : Sur le module : Sur la phase : Le circuit comprend alors un PT et un amplificateur opérationnel pour ramener le gain égal à 1. Les composants L1 et C3 forment le circuit d’accord. En effet, ils servent à fixer la fréquence d’oscillation au plus près de la valeur optimale de gain du PT. Le circuit devient donc : Fig. 25 – Schéma de l’auto-oscillateur Comme toute structure d’oscillateur, on remarque un rebouclage de la sortie sur l’entrée, afin de réinjecter (au travers du pont diviseur R5 et R6) une partie du signal de sortie dans la chaine d’amplification. Par ailleurs, comme pour le circuit du multivibrateur astable, une tension intermédiaire est obtenue grâce au pont diviseur de tension R1 et R2. Selon le monde vibratoire choisi (λ ou λ/2), le gain du PT est soit positif ou négatif. Cela implique donc d’ajouter un déphasage supplémentaire de 180° si le gain est positif, ou nul dans le cas contraire, afin de satisfaire la condition de Barkhausen. Etant donné que le futur circuit d’alimentation emploiera un PT en mode λ, l’amplificateur sera monté en non inverseur. Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 29 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT Enfin, quant aux choix de L1 et C3, leur valeur doit être choisie afin de toujours respecter les critères de Barkhausen. Il existe pour cela une infinité de couples L1-C3 satisfaisant cette condition, comme le montre la figure 26. On remarque que la relation liant les deux n’est pas affine. Fig. 26 – Courbe représentant les couples L1-C3 respectant les conditions de Barkhausen et permettant d’avoir un gain optimal du PT Ainsi, avec le bon couple L1-C3, on obtient en simulation les signaux d’entrées et de sortie de la figure 27 sur une charge de 1 MΩ: Fig. 27 – Tension au primaire (en rouge) ; tension au secondaire (en vert) Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 30 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT Le doubleur de tension On a pu voir auparavant que la tension en sortie du transformateur atteignait la centaine de volts, ce qui n’est pas suffisant pour alimenter le MEMS. Ainsi, pour augmenter cette tension, on intègre un étage multiplicateur de tension (en fait un simple doubleur) qui en même temps, fait office de redresseur. En effet, l’ondulation en sortie du doubleur doit être minime. La structure proposée est celle du doubleur de Schenkel, composée de deux condensateurs et de deux diodes : Fig. 28 – Structure du doubleur de tension Comme on peut le voir sur le résultat de la simulation en figure 29, lorsque le montage est attaqué par une tension sinusoïdale de 120 Volts d’amplitude (simulant la tension de secondaire du PT), on obtient en sortie une tension quasiment continue de 240 Volts (en négligeant les tensions de seuils des diodes), tant que la charge ne tire pas trop de courant (auquel cas on apercevrait une ondulation de la tension). Fig. 29 – En vert, la tension en sortie du PT ; en rouge, la tension en sortie du doubleur Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 31 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT Le principe de fonctionnement du doubleur de Schenkel est le suivant : Lorsque Uentrée = -Umax, D2 est passante, C1 se charge et UC1 = Umax Lorsque Uentrée = Umax, D1 est passante, C1 se décharge vers C2 donc UC2 = Umax + UC1 La source de courant Le dernier étage du circuit d’alimentation piézoélectrique est celui de la source de courant. En effet, comme il a été précisé dans la partie concernant les MEMS, ces derniers sont assimilables à peu de choses près à des capacités variables. La loi de fonctionnement des condensateurs est vérifié par la relation : Autrement dit : Cela signifie donc que si l’on charge un condensateur à courant constant, on obtient à ses bornes une tension qui croît linéairement, autrement dit, on obtient une rampe de tension. Le montage qui demeure le plus simple pour fournir un courant constant à la charge reste donc la source de courant à transistors bipolaires, dont voici le schéma : Fig. 30 – Source de courant commandée par l’astable La valeur du courant tiré par le MEMS est donnée par la simple relation : Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 32 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT On en déduit alors que le courant est constant quelque soit la charge (ce qui se révèle intéressant en sachant que l’impédance du MEMS varie au cours de son fonctionnement). Sur la figure 30, on peut remarquer la présence des transistors NPN Q2 et Q5. En fait, ils agissent en tant qu’interrupteurs commandés par le multivibrateur astable. Leur fonctionnement est le suivant : Lorsque Vcontrol = 1 ( VcontrolB = 0) : la source fonctionne normalement (Q2 saturé), et elle fournie le courant nécessaire au MEMS qui se charge. Lorsque Vcontrol = 0 ( VcontrolB = 1) : le MEMS est court-circuité (Q5 saturé) le temps de se décharger, et la source de courant est « éteinte » (Q2 bloqué) de façon à ne pas consommer inutilement du courant. En ce qui concerne la valeur du courant délivré au micro-actionneur, c’est ce dernier qui va fixer la pente de la tension de la rampe. La relation, qui correspond à l’équation d’une droite, est : Après simulation (figure 31), on trouve finalement la bonne valeur de R1 fixant le courant du MEMS de façon à avoir une tension de 200 Volts aux bornes du micromoteur au bout de la demi-période de l’astable. Fig. 31 – En vert, la tension aux bornes du MEMS ; en bleu, VcontrolB Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 33 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT Pour éviter une décharge successive et donc la diminution de la tension, une condition est posée sur la valeur du condensateur C2 du doubleur de tension. Fig. 32 – En jaune, IMEMS ; en bleu, le courant d’émetteur de Q3 ; en vert, le courant total En effet, la quantité de charges injectées par le PT doit être supérieure à celle tirée par la charge, c'est-à-dire : Pour Vmax = 200 Volts, T = 1/512 seconde, R1 = 30 kΩ et α = 0.5, l’application numérique donne C2 ≥ 220 pF, d’où C2 = 1nF. Bilan En complément, la figure 33 présente sous forme de synoptique, la forme des signaux électriques entrants et sortants de chaque étage. Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 34 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT Fig. 33 – Synoptique des signaux mis en jeu dans le circuit d’alimentation Cette analyse du circuit est indispensable pour la poursuite du stage. En effet, de cette façon, nous savons dorénavant à quelles formes de signaux nous devrons nous attendre lors des tests. De plus, il sera plus aisé de dépanner les différents étages en cas de dysfonctionnement. Le circuit global présentant les différents étages connectés entre eux est disponible en annexe I. Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 35 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT 5. Réalisation Après l’étude théorique du circuit, cette cinquième et dernière partie est consacrée au design de la carte d’alimentation, au montage des différents étages et à leurs tests, ainsi qu’à la fin, du réglage de l’auto-oscillateur. 5.1 Design du circuit Une fois que le fonctionnement du système est bien compris, le design du circuit a été lancé. Cette fois-ci, il s’agissait de réaliser un circuit qui apportait des innovations par rapport au circuit dessiné par précédent. En effet, il a été constaté plusieurs défauts de design, notamment au niveau du blindage de la carte (plan de masse, boucles, perturbations). De plus, étant donné que des réglages au niveau des composants d’accord sont nécessaires, la deuxième version de l’alimentation piézoélectrique n’offrait pas une bonne accessibilité au niveau de L1 et C3. Enfin, un effort au niveau de la compacité de la carte était attendu en vue de respecter le cahier des charges du projet PMS II. Altium Designer 2004 Toute la conception du circuit imprimé a été entreprise sous la suite logicielle Altium Designer 2004 (ex-PROTEL). En plus de la conception du PCB, Altium permet aussi de réaliser des simulations de circuits électroniques. Enfin, des outils intégrés au logiciel offrent par exemple, la possibilité de générer des fichiers de fabrication standards, du nom de GERBER, nécessaires aux sociétés pour réaliser les circuits imprimés. CAO La première phase de la conception du PCB a été de redessiner entièrement le schéma électrique issu de la simulation sous OrCAD Layout. Fig. 34 – Illustration du design sous Altium Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 36 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT Une fois le schéma repris (cf. annexe II), des contraintes (PCB Rule) ont été affectées aux endroits critiques du circuit, notamment au niveau de la largeur des pistes. En effet, certaines pistes sont susceptibles de faire circuler un courant important (au niveau du doubleur de tension notamment). Par conséquent, pour faciliter le passage de ce dernier et réduire les échauffements dans les pistes, une largeur de piste de 20 mil (≈ 0,508 mm) a été choisie, alors que pour les pistes normales, leur largeur est restée à 10 mil. Fig. 35 – PCB Rule au niveau du doubleur de tension Par la suite, il a fallu associer à chaque composant du circuit une empreinte (Footprint). Pour cela, des bibliothèques sont mises à disposition sur Internet. Après les avoir chargées sous Altium, il ne restait plus qu’à vérifier qu’une empreinte été bien attribuée à chaque composant du circuit. Fig. 36 – Ajout des bibliothèques (Libraries) d’empreintes Les bibliothèques chargées, le design de la carte pouvait enfin commencer. Tout d’abord, le bord de la carte a du être définie. Pour cela, ce sont les dimensions de la carte réalisée précédemment qui ont servies de base pour démarrer. La troisième version de l’alimentation (figure 37) est donc partie d’une carte aux dimensions de 20 mm en largeur et de 30 mm en longueur. Il est évident que par soucis de compacité, ces dimensions allaient être réduites à leur maximum. Par ailleurs, la future carte a été réalisée en double face. Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 37 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT Fig. 37 – Dimensions de la future carte Suite à la définition de la forme de la carte, le placement des composants est entrepris. Cette étape est très importante. En effet, il s’agit de trouver la bonne place pour chaque composant, et cela en évitant les pistes trop longues, les boucles, et de façon aussi, à gagner de l’espace. C’est pourquoi cette étape a été assez longue. Cependant, pour faciliter la tache, les composants de chaque étage ont été réunis pour réduire au maximum les espaces. Fig. 38 – Le placement des composants est une étape longue qui nécessite beaucoup de réflexion Il faut préciser une chose : les composants de la carte étant entièrement de type CMS (hormis les connecteurs J1 et J2), ils ne possèdent donc pas de trous puisqu’ils sont montés en surface. En plus de cela, il est possible d’implanter des trous métallisé afin de maintenir le contact électrique entre les deux faces de la carte, ce qui facilite relativement bien la tâche. Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 38 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT Seulement après que tous les composants aient été placés de façon correcte et réfléchie, le routage a pu enfin commencer. Pour respecter une contrainte de départ relative à la CEM, et notamment au blindage, le circuit imprimé a été muni d’un plan de masse sur les deux faces. Ces deux plans ont d’ailleurs été connectés entre eux à l’aide de trous métallisés. Le blindage est indispensable ici car en présence de forte tension (120 Volts, 200 Volts), elles doivent être « isolées » des pistes véhiculant des signaux de faible niveau (signal de l’astable). Fig. 39a – Sans le plan de masse Fig. 39b – Avec le plan de masse Un défaut a été constaté et réparé lors du routage de la carte. En fait, il se trouvait que le PT ne disposait pas d’assez de place sur ses cotés. Cet espace est nécessaire car dans l’empreinte du PT, le sarcophage où repose le transformateur pour qu’il puisse vibrer normalement, n’est pas pris en compte. De plus, cet espace supplémentaire facilite le soudage des trois fils de connexions du PT. Concernant la CEM du circuit, plusieurs choses ont été ajoutées. Tout d’abord au niveau du schéma électrique, des condensateurs de découplages (C1 et C7) ont été implémentés au plus près des alimentations (aux AOP notamment). De plus, un soin particulier a été apporté sur la géométrie des pistes. Celles-ci ont été dessinées de façon à ne pas faire d’angle droit, et ont été raccourcies au maximum pour réduire leurs effets résistifs et selfiques. Le plan de masse participe aussi à réduire l’effet capacitif existant lorsque deux pistes sont jointes sur leur longueur. Enfin, et en dépit du peu d’espace disponible, une attention particulière a été observée au niveau de la cohabitation des pistes véhiculant une forte tension, et celles où circulent des tensions de faibles niveaux, dans le but de réduire les perturbations. Au final, et après plusieurs heures de travail, la troisième version de l’alimentation piézoélectrique présentait les dimensions suivantes : Longueur : 27,686 mm Largeur : 18,034 mm Soit un gain de place de 16% par rapport à la deuxième version et un gain de 57% par rapport à la première. Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 39 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT Comme on peut le constater sur la figure 40a, cette fois-ci les composants du circuit d’accord, L1 (en vert) et C3 (en jaune) ont été rendus plus accessibles. Fig. 40a – Vue de la face avant (Top Layer) Fig. 40b – Vue de la face arrière (Bottom Layer) Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 40 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT Relation client-fournisseur Une fois la CAO du circuit imprimé achevée, suivie de plusieurs vérifications au niveau de la continuité électrique des pistes, un devis (cf. annexe III) a été demandé à la société MICRO C.I. implantée en périphérie de Toulouse, pour réaliser la carte d’alimentation en deux exemplaires. Plusieurs caractéristiques ont été définies notamment au niveau de la matière de la carte, de la finition et de l’épaisseur du cuivre des pistes. Il a donc fallu générer les fichiers de fabrication nécessaires pour lancer la réalisation. Après plusieurs entretiens téléphoniques concernant des soucis de fichiers GERBER non exploitable, la réalisation a été lancée. Le coût de la fabrication s’élevait quant à lui aux alentours de 300 € pour deux exemplaires. Fig. 41 – Réception des circuits imprimés Fig. 42 – Vue de la face avant des circuits Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 41 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT 5.2 Tests et validation Avant de commencer le montage des différents étages, un listing des composants déjà disponibles au laboratoire a été effectué (cf. annexe IV). Par la suite, les quelques composants manquants (cf. annexe V) ont été commandés auprès du fournisseur spécialisé Radiospares. Il est évident que la vérification du bon fonctionnement du circuit d’alimentation sera faite point par point. En effet, de cette façon, chaque étage est testé indépendamment des autres afin, de mieux trouver la cause d’un éventuel dysfonctionnement du système. Cette sous-partie sera donc consacrée au montage, aux tests et à la validation de chacun des quatre blocs, pour bien vérifier aussi que les résultats obtenus en pratique sont en accord avec ceux obtenus au cours des simulations, lors de l’étude théorique. En ce qui concerne le montage lui-même, il a été effectué avec un fer à souder chauffé aux alentours de 300 °C. Pour faciliter l’accrochage de l’étain avec les pastilles et les pattes des composants, du flux a été à chaque fois préalablement déposé sur les surfaces à travailler. Constatant quelques « décollement s» de pastilles et de pistes, par la suite la température du fer a été baissée aux alentours de 250 °C. Pour effectuer le test des blocs, du fil à wrapper à été utilisé pour une plus grande facilité d’opération. Enfin, pour visualiser les signaux, un oscilloscope numérique était à disposition. Fig. 43 – Fils à wrapper utilisés ici pour l’alimentation en 3 Volts de la carte Le multivibrateur astable Le premier étage à avoir été monté en premier sur la carte a été le multivibrateur astable pour deux raisons. Tout d’abord, il s’agit bien du bloc le plus simple du circuit. Puis, n’étant pas très habitué avec le soudage de composants CMS, son montage était aussi l’occasion pour se familiariser avec ce type de soudure qui demande d’ailleurs une bonne dextérité. Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 42 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT Après avoir monté l’ensemble des composants du multivibrateur astable, un premier problème est apparu. En effet, aucun créneau n’apparaissait en sortie de l’AOP. Il s’agirait vraisemblablement d’un problème récurrent de l’amplificateur opérationnel, celui-ci ne pouvant fournir suffisamment de courant pour alimenter le circuit de relaxation. Originellement, les valeurs du circuit RC était : R12 = 100 kΩ C6 = 8,2 nF En remplaçant ces valeurs, tout en maintenant le produit RC constant par : R12 = 10 kΩ C6 = 82 nF On obtenait bien à l’écran de l’oscilloscope numérique un créneau d’une fréquence proche de 512 Hz, comme désirée : . Fig. 45 – Signaux Vcontrol et son complément VcontrolB La seule difficulté rencontrée, hormis le non fonctionnement au début de l’astable, était le montage de deux condensateurs en parallèle afin d’obtenir la valeur de capacité souhaitée (deux condensateurs en parallèle est équivalent à un condensateur dont leur capacité s’ajoutent). Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 43 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT Le doubleur de tension Une fois le multivibrateur astable validé, c’est au tour du doubleur d’être monté et testé. Cependant, le test n’a pas pu être réalisé dans les conditions normales d’utilisation de ce bloc. En principe, la tension qui vient attaquer le doubleur est une sinusoïde d’amplitude aux alentours de 120 Volts. C’est pourquoi lors de ce test, la tension d’attaque était une sinusoïde de 10 Volts d’amplitude et de fréquence 250 kHz. Un premier test a été effectué à vide, c'est-à-dire sans charge connectée à la sortie, afin de bien vérifier que la tension d’entrée était bien doublée : Fig. 46 – Tension de sortie à vide du doubleur Cependant, ce test ne peut faire office de validation car il est évident que la charge, composée de la source de courant et du MEMS, tireront un courant non négligeable. Plusieurs tests, avec cette fois-ci des charges résistives de plusieurs valeurs ont alors été effectués (cf. annexe VI à VIII). Fig. 47 - Tension de sortie du doubleur avec une charge résistive Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 44 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT Ainsi, comme le montre la figure 47, lorsque une charge de 240 kΩ est branchée à la sortie du doubleur, elle tire un courant de 75 µA, soit plus que ce que va tirer la source de courant et le MEMS (~ 67 µA). On constate alors que la sortie présente une faible ondulation. La source de courant Pour le test de la source de courant, il n’y avait aucune contrainte de sécurité concernant l’utilisation d’un générateur de tension de laboratoire pour simuler 240 Volts à l’entrée de l’étage. En effet, le générateur étant muni une limitation en courant, aucun risque d’accident électrique existait. Par ailleurs, deux tests ont été effectués pour valider la source de courant : le premier sans le multivibrateur astable, le second avec. Le test de la source de courant sans multivibrateur a permis de vérifier que le courant destiné pour le MEMS circulait bien. Pour cela, les transistors permettant d’éteindre la source et de court-circuiter le MEMS ont été respectivement remplacés par un fil et retiré. De plus, une résistance de 100 kΩ a été branchée entre le collecteur de Q2 et la masse : Fig. 48 – Montage de test Comme il a été vu dans la quatrième partie traitant du fonctionnement de la source de courant, le courant circulant dans R8 est égal à : IMEMS vaudra donc ici 27 µA. En passant dans la résistance de 100 kΩ, on aura une tension image du courant, soit normalement, une tension de 2,74 Volts. La figure 49 montre le signal obtenu à l’oscilloscope : Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 45 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT Fig. 50 –Tension d’environ 2,2 Volts En réalité, on obtient un peu moins de 2,7 V. Une mesure de la tension entre base et émetteur de Q1 donne 0,52 V au lieu des 0,7V attendu. Le second test a cette fois eu lieu avec la commande des transistors retirés précédemment, par le multivibrateur astable. Dans un premier temps, la source de courant ne s’éteignait pas. En effet, le transistor permettant d’éteindre la source de courant, semblait être tout le temps saturé. La visualisation du signal de sortie du transistor permettant de générer VcontrolB permit de mettre en évidence un dysfonctionnement qui semblait être dû à une résistance de base trop élevée pour le saturer. Après l’avoir changé, on obtient la tension de la figure 51 : Fig. 51 – Tension image du pseudo-courant IMEMS Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 46 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT L’auto-oscillateur La mise en place et le test de l’oscillateur étant plus complexe que les précédents blocs, il fera l’objet de la sous-partie suivante, traitant du réglage du circuit. 5.3 Réglages du circuit L’auto-oscillateur demeure le point sensible de l’alimentation. En effet, le transformateur piézoélectrique est à la fois sensible au niveau de charge connectée au secondaire, ainsi qu’à la fréquence (fixée par le couple L1-C3) à laquelle le PT est excitée. Par ailleurs, comme il s’agit d’un dispositif dont le couplage est acoustique (vibrations internes), le barreau du PT doit nécessairement être dans un espace lui permettant de vibrer librement. Ainsi, lors du montage de l’auto-oscillateur, le transformateur a été installé dans un sarcophage en plastique, comme sur la figure 52 : Fig. 52 – Le PT dans son sarcophage Pour régler la fréquence d’oscillation, c’est une inductance de 270 µH qui sera fixée : il est en effet plus simple de faire varier la valeur de la capacité, en mettant plusieurs condensateurs en parallèles. Le choix du condensateur ajustable n’a pas été retenu car leur plage de réglage est relativement faible : pour un condensateur ajustable classique, la capacité peut varier au maximum de 7 à 100 pF, ce qui se révèle insuffisant étant donné que nous savons que la valeur de C3 tournera autour de 1,5 nF. Leur usage seul n’est donc pas adapté. En revanche, ils peuvent être utilisés dans le cas où l’on « sent » que l’on s’approche de la fréquence de résonance, afin de régler très finement la valeur de C3. Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 47 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT Après avoir monté l’étage, les premiers tests ont été effectués sans charge, uniquement pour constater que l’oscillateur fonctionnait. Cependant, une charge doit être branchée pour que l’alimentation soit validée : par la suite, les tests suivant ont été effectués avec le MEMS en tant que charge. Au début, il a été décidé de mettre une charge capacitive représentative du micromoteur (cf. circuit équivalent du MEMS), mais au vu de son comportement spécifique (variation d’impédance au cours de son utilisation), il se pouvait que ce composant passif ne soit pas équivalent au MEMS. Recherche de la valeur de C3 La partie la plus difficile du réglage du circuit a été la recherche de la valeur de C3 fixant la fréquence de résonance du circuit d’accord de façon à avoir le gain en tension maximal en sortie du secondaire. Un premier test a été effectué avec une capacité de 1,68 nF (1 nF en parallèle avec 680 pF) : les résultats n’étaient déjà pas trop médiocres, puisque la tension en sortie du doubleur atteignait déjà les 80 Volts, fixant la fréquence du PT aux alentours de 255 kHz. Par la suite, plusieurs valeurs de capacité ont été testées, toujours en combinant des condensateurs en parallèle. Comme le montre les graphiques suivants, la tension maximale en sortie du doubleur est atteinte pour une valeur de C3 proche de 1,5 nF, fixant la fréquence de résonance du PT aux alentours de 255 kHz : 120 100 Vdoubleur (V) 80 60 40 20 0 0,68 1 1,2 1,22 1,3 1,33 1,36 1,47 1,48 1,49 1,5 1,57 1,6 1,68 1,7 2,2 C3 (nF) Fig. 53 – Evolution de la tension en sortie du doubleur en fonction de la valeur de C3 Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 48 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT 300 Frésonance (Hz) 250 200 150 Série1 100 50 7 2 1, 2, 6 68 1, 1, 5 57 1, 1, 48 49 1, 47 1, 1, 36 3 33 1, 1, 1, 2 1 22 1, 1, 0, 68 0 C3 (nF) Fig. 54 – Evolution de la fréquence de résonance du PT en fonction de la valeur de C3 Comme le gain en tension admet un maximum à la pulsation de résonance, la méthode employée pour tenter de trouver la bonne valeur de C3 consistait à s’approcher petit à petit de la fréquence de résonance. Comme le montre la figure 55, un maximum de 100 Volts en sortie du doubleur a été atteint pour une valeur de C3 égale à 1,49 nF. Par la suite, un condensateur variable 7 pF – 60 pF a été ajouté afin d’atteindre plus précisément la fréquence de résonance. Malgré cela, aucune augmentation significative de tension n’a été constatée. Fig. 55 – Tension au primaire du PT Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 49 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT Fig. 56 – Tension en sortie du doubleur D’autres modifications ont été apportées afin d’augmenter le gain en tension du PT. Tout d’abord, le condensateur C2 (cf. annexe II) a été retiré. Le rôle de ce condensateur est d’améliorer l’accrochage de l’auto-oscillateur à la fréquence de résonance. Il agit en quelque sorte comme un filtre. La position du PT dans son sarcophage a aussi été revue de façon à rendre son oscillation plus libre. Mais en dépit de ces modifications, aucune amélioration notable n’a été constatée. Influence des mesures Au cours des relevés de tensions, nous avons remarqué à quel point le PT était sensible aux variations d’impédance au secondaire. En effet, lorsque l’on désirait visualiser la tension en sortie du secondaire, en même temps que la tension en sortie du doubleur de tension, on pouvait y observer une chute de tension non négligeable. Par exemple, lorsque l’on trouvait une tension de 80 Volts en sortie du doubleur, le fait de venir visualiser la tension au secondaire faisait chuter la tension du doubleur à 40 Volts. En revanche, le fait de venir poser la pointe de touche au primaire du PT n’influait pas sur le fonctionnement de l’auto-oscillateur. Ce phénomène s’explique par le fait qu’en venant faire les mesures, on ajoute une impédance parasite provenant de la structure interne de la sonde3 Fig. 57 – Les sondes vertes et violettes n’influent pas sur le PT. En revanche, la sonde rouge dégrade fortement ses performances. Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 50 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT Résultats Après plusieurs essais avec différentes valeurs de C3 et des améliorations au niveau de la tenue mécanique du PT, la tension maximale atteinte en sortie du doubleur est de l’ordre de la centaine de Volts. La figure 58 montre la forme de la tension aux bornes du MEMS. Etant donné que les 200 Volts désirés ne sont pas atteints, on peut remarquer un écrêtage de la tension. Enfin, même si l’alimentation réussit à fournir qu’une tension de 100 Volts, on peut tout de même entendre le MEMS osciller. Fig. 58 – Tension aux bornes du MEMS Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 51 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT Conclusion La phase de réglage du circuit auto-oscillateur fut plus compliquée que prévue. En effet, au vu des précédents résultats, la tension maximale atteinte par le MEMS est de 100 Volts, et cela, en dépit de tous les efforts engagés pour trouver la bonne valeur de C3. Malgré ce dysfonctionnement, le MEMS est tout de même correctement alimenté, au niveau de la forme de tension, et lors des essais, un léger bruit caractéristique émanait du micromoteur. Même si les autres blocs fonctionnent correctement, il est toutefois possible qu’ils limitent ou réduisent les performances du PT, étant donné que ce dernier est très sensible aux composants qui l’entourent. Il se pourrait aussi que la charge composée du doubleur de tension, de la source de courant et du MEMS ne soit pas adaptée au transformateur. Oui bien finalement, on a atteint les capacités du transformateur. Ces réponses, je n’ai pas pu les donner, faute de connaissances approfondies sur le sujet et d’expérience sur les transformateurs piézoélectrique. Néanmoins, la réalisation de cette alimentation piézoélectrique a été une réussite et il s’agit d’une innovation puisqu’elle a permis de valider la structure avec un transformateur en mode λ, optimisé entièrement par le GREM3. En effet, les circuits d’alimentation précédents utilisaient un PT en mode λ/2. Fig. 59a – Photo de la carte finale Fig. 59b – Vue sur les connecteurs Par ailleurs, l’erreur évoquée en début du rapport et concernant le mauvais brochage de certains composants a été détectée, au mauvais moment malheureusement. En effet, c’est seulement après avoir reçu les circuits imprimés que je me suis rendu compte que tous les transistors NPN avaient été montés à l’envers (la source de courant fonctionnait mal). Il s’agit en fait d’une mauvaise attribution des numéros des pattes entre l’empreinte et le modèle utilisé sous Altium (inversion de l’émetteur et du collecteur). Malgré cela, une solution efficace a été trouvée pour souder correctement les transistors. Naturellement, les fichiers contenant cette erreur ont été par la suite corrigés. Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 52 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT Sur un plan un peu moins technique, ces dix semaines de stage ont été pour moi l’occasion de travailler dans l’électronique, domaine que j’apprécie et dont maintenant je connais un peu les contours, pour l’avoir pratiqué en tant que technicien-stagiaire. J’ai pu, tout en étant autonome, mettre à contribution les connaissances acquises tout au long de mon parcours au lycée et à l’IUT, surtout lors des phases de tests et de validations. Le fait d’avoir pu comprendre, sur la base de mes propres connaissances et de mes recherches, le fonctionnement d’un tel circuit électronique, m’a apporté une très grande satisfaction personnelle. J’ai ainsi pris plus confiance en moi, et surtout, je ne vois plus l’électronique comme une science hasardeuse. J’ai pu voir tout au long de ces dix semaines que la conception d’un circuit est le fruit d’un long travail de recherche. A l’occasion de ce stage j’ai pu découvrir le travail en laboratoire de recherche, qui, avec du recul, n’est finalement pas très différent de celui d’une entreprise. Fig. 60 – Photo des trois versions des alimentations Enfin, concernant la gestion du temps, les dix semaines passées au sein du LAPLACE ont été largement suffisants, comme en témoigne le calendrier prévisionnel, disponible en annexe IX. Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 53 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT Bibliographie Cette section regroupe les différents ouvrages qui m’ont, en partie, aidé à la rédaction de ce rapport mais aussi au cours des dix semaines de stage. Le Transformateur Piézoélectrique Transformateurs statiques piézoélectriques E. SARRAUTE, D. VASIC, F. COSTA State-of-the-art Piezoelectric Transformer Technology E.L. HORSLEY, M.P. FOSTER, D.A. STONE Les MEMS Les M&NEMS… P. ANDREUCCI Divers Cours de CEM J. CUVILLIER Les oscillateurs sinusoïdaux J.P. MULLER Les oscillateurs A. OUMNAD Tutoriel d’utilisation de PROTEL/Altium DXP 2004 H. ANGELIS Guide de démarrage du logiciel Altium Designer A. BOYER Guide du technicien en électronique C. CIMELLI, R. BOURGERON Traité de l’électronique analogique et numérique P. HOROWITZ, W. HILL Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 54 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT Webographie La présente section regroupe les différents sites Internet. LAPLACE/GREM3 http://www.laplace.univ-tlse.fr/ Le Transformateur Piézoélectrique http://www.noliac.com/ http://www.laplace.univ-tlse.fr/IMG/pdf/Transducteurs_transfos_piezos.pdf Les MEMS http://www.esiee.fr/~francaio/recherche/recher.html http://www2.cnrs.fr/journal/841.htm http://fr.wikipedia.org/wiki/MEMS http://www.memx.com/ Divers http://wiki.altium.com/ http://fr.wikipedia.org/wiki/Piézoélectricité http://fr.wikipedia.org/wiki/Compatibilité_électromagnétique Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 55 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT Annexes Annexe Annexe Annexe Annexe Annexe Annexe Annexe Annexe Annexe I : circuit complet ................................................................. 57 II : schéma du circuit repris sous Altium Designer .................... 58 III : offre de prix effectué par la société MICRO C.I. ................. 59 IV : liste des composants disponibles au LAPLACE .................... 60 V : liste des composants manquants ....................................... 61 VI : charge de 100 kΩ branchée du doubleur ........................... 62 VII : charge de 10 kΩ branchée du doubleur............................ 63 VIII : charge de 1 kΩ branchée du doubleur ............................ 64 IX : calendrier prévisionnel du stage ....................................... 65 Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 56 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT Annexe I Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 57 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois Annexe II 58 58 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT Annexe III Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 59 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT Annexe IV Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 60 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT Annexe V Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 61 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT – Annexe VI Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 62 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT Annexe VII Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 63 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT Annexe VIII Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois 64 Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT Damien ARDITO IUT de Nancy-Brabois Annexe IX 65 65