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ETUDE PARTIELLE DE LA FONCTION ANNEXE –
ALIMENTATION BOOST (FA)
I. Présentation générale, Alimentation Boost :
Produire, à partir de la tension secteur (réseau EDF) et/ou de la batterie, les
différentes tensions d’alimentation nécessaires au fonctionnement des
différentes structures électroniques et à l’entretien de la charge de la batterie.
Le convertisseur élévateur permet d’obtenir une tension BOOST plus élevée que
la tension d’entrée VBAT. Pour régler la valeur de VBOOST précisément aux
valeurs fixées par le cahier des charges, le constructeur a réalisé un montage qui
permet de réguler VBOOST en fonction du signal de commande CD_BOOST.
Pour cela, on compare la valeur de VBOOST avec les valeurs de références Vref,
quand la valeur voulue est atteinte, on coupe l’élévateur en retirant le signal de
l’oscillateur. On remet en marche l’élévateur dès que VBOOST devient inférieure
à la valeur attendue.
Limite de l’étude :
L’étude de la fonction annexe est limitée à la structure permettant d’obtenir
l’alimentation notée BOOST.
II. Cahier des charges, Alimentation Boost :
Voici un extrait du cahier des charges de l’alimentation BOOST :
• VBAT est une tension continue comprise entre +5,5V et +9V.
• La tension +BOOST vaut +13,7V +/- 1V quand le signal CD_BOOST est actif
( +5V ).
• La tension +BOOST vaut +24,8V +/- 1V quand le signal CD_BOOST est inactif
( 0V ).
• L'ondulation résiduelle de la tension +BOOST est inférieure à +/-200mV.
• L'alimentation +BOOST délivre un courant de 0 à 400 mA sous 13,7V et de 0 à
200mA sous 24,8V (en fonction de l'état du signal CD_BOOST ).
• Le temps d'établissement à 90% de la tension +BOOST est inférieur à 20 ms.
secteur
CD_BOOST
CD_ANA
Elaboration
des tensions
d'Alimentation
FA
ANA_CTN
ANA_VBATNC
+BOOST_F
+BOOST
VBATNP
VBATNC
VBAT
+3V
+5V
III. Fonctions secondaires, Alimentation Boost :
FA 1 : Elévation de la tension.
VBAT, GATE ; VBOOST
FA 2 : Comparer des tensions.
VBOOST ; Ve+
FA 3 : Elaborer des tensions de références.
+Vcc, CD_BOOST ; Vref
FA 4 : Valider le signal d’horloge.
OSC, COMP ; GATE
FA 5 : Générer un signal d’horloge.
+Vcc, ; OSC
(Entrées/Sorties)
IV. Rôles des fonctions secondaires, Alimentation Boost :
FA 1 : Elévation de la tension
Cette sous fonction a pour but d’avoir un tension de sortie (VBOOST) plus élever
que la tension d’entrée (VBAT).
Dans cette partie GATE est un signal carré de période T et de rapport cyclique α
=> Thaut= αT et Tbas=T- αT .
Le circuit est alimenté par une source de tension VBAT, la sortie est chargée par
une résistance R et débite un courant IBOOST. L'interrupteur K
est rendu périodiquement conducteur avec un rapport cyclique αà la fréquence F
=1/T. On distingue deux modes de fonctionnement de ce circuit selon que le
courant circulant dans l'inductance L est ou non continu (ne s'annule pas au cours
de la période). Le mode conduction continue étant le plus intéressant pour ce
convertisseur, nous n'étudierons que ce mode.
 Phase 1 (0 < t < αT), l'interrupteur K est fermé, la diode D est bloquée. Le
schéma équivalent du circuit est le suivant:

UL=VBAT=L*diL/dt
diL/dt =
VBAT/L  (VBAT/L)*t+cte
iL=(VBAT/L)*t+cte  iL(0)=(VBAT/L)*t+cte
=cte
=imin
iL(α.T)=imax=(VBAT/L)* α.T+imin
Δi=imax-imin=(VBAT/L)* α.T (1)
 Phase 2 ( αT < t < T), à t = αT on ouvre l'interrupteur K. La diode D devient
conductrice et le schéma équivalent du circuit devient :
UL=(VBAT-VBOOST)=L.diL/dt
iL(t)=((VBAT-VBOOST)/L)(T- αT)+imax=imin
Δi=imax-imin=-((VBAT-VBOOST)/L)(1- α)T (2)
(1)=(2)
(VBAT/L)*T=-((VBAT-VBOOST)/L)(1- α)T
VBATα=VBOOST(1- α)-VBAT(1- α)
VBAT= VBATα+VBATα=VBOOST(1- α)
Donc VBOOST=VBAT.(1/(1- α))
• αétant toujours compris entre 0 et 1, le convertisseur est toujours élévateur
de tension : VBOOST > VBAT
• La stratégie de la régulation est la modulation de la largeur d’impulsion (MLI) à
fréquence fixe et rapport cyclique α variable.
On peut donc écrire :
PBAT=PBOOST
VBAT.IBAT=VBOOST.IBOOST
IBOOST=IBAT(1- α)
IBOOST<IBAT
VBOOST>VBAT
FA 2 : Comparer des tensions
Cette sous fonction à pour but de donner une valeur fixe a Ve+ en utilisant un
pont diviseur de tension.
(Cette structure donne deux valeurs a COMP (+5V/+0.4V) grâce a Ve+ (valeur
fixé) et Vref, en utilisant un montage comparateur.)
Ve+ =VBOOST.R87/(R87+R66)
Ve+ =VBOOST*0.11
<=(pont diviseur de tension)
[Ve+ > Vref => COMP=Vsat+ =+5V
[Ve+ < Vref => COMP=Vsat- =+0.4V
FA 3 : Elaborer des tensions de référence
Cette sous fonction a pour but de donner deux valeurs possibles pour
CD_BOOST (1.52V/2.77V), qui commandera la sortie COMP.
(Cette structure donne deux valeurs a COMP (+5V/+0.4V) grâce a Ve+ (valeur
fixé) et Vref, en utilisant un montage comparateur.)
_________
Vref=Vcc*(R143//R96)/((R143//R96)+R103)+ CD_BOOST
*(R103//R96)/((R103//R96)+R143)
_________
Vref= 1.52+ CD_BOOST*0.25
Quand CD_BOOST=1  Vref=1.52V
Quand CD_BOOST=0  Vref=2.77V
FA 4 : Valider le signal d’horloge
Cette sous fonction permet de valider le signal carré GATE. De plus se signal
nous permet de créer une amplification
COMP
0
0
1
1
OSC
0
1
0
1
Q
1
0
1
Qn-1
GATE
0
1
0
/Qn-1
2ème ligne  Phase 1
3ème ligne  Phase 2
FA 5 : Générer un signal d’horloge
Cette sous fonction a pour but de créer (=générer) un signal d’horloge de période
T et d’un rapport cyclique α.
F =1.38/((RA+2RB)C)= 182 KHz  T = 1/F = 5.56 us
D=(RA+RB)/(RA+2RB) = 0.826 = α
= 82.6% de T à l’état haut
V. Schéma Structurel, Alimentation Boost :