Etude et optimisation d`alimentation a Decoupage

INSA
Strasbourg
Élève ingénieur
5éme année
Génie électrique
Valentin Poirault
ETUDE ET OPTIMISATION
D’ALIMENTATION A DECOUPAGE
Responsable de stage
Christian Andrieux
Professeur responsable
Jean-Michel Hube
Tuteur de stage
Alexandre Dubois
Réalisé du 16/02/2015
au 14/08/2015

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Institut National des Sciences Appliquées de Strasbourg
Résumé
PROJET DE FIN D’ETUDES
Auteur : Valentin POIRAULT
Promotion : 2015
Titre : Étude et optimisation d’alimentation à découpage
Soutenance : 24/09/2015
Structure d’accueil : LEROY SOMER 16000 ANGOULEME
Nb de volume(s) : Nb de pages :
Nb de références bibliographiques :
Résumé : Etude d’une alimentation à découpage 80W alimentant les principaux organes nécessaires au
contrôle et fonctionnement d’un variateur complet (100kW à 2800kW). L’optimisation de l’alimentation doit
avoir pour résultat la réduction du coût en matières, du temps de montage, résoudre l’obsolescence de
certains composants ainsi qu’un gain de place et l’ajout de fonctionnalités. Dimensionnement d’un circuit de
démarrage autonome supportant des tensions comprises entre 300V et 1200V continu. L’utilisation de
MOSFET SiC permet la réduction des pertes, de la taille du dissipateur et du temps de montage. La
réalisation d’un transformateur d’impulsion planar résout l’obsolescence du composant précédent. Un
circuit à découpage intégré augmente les performances de la régulation de sortie et permet un montage
uniquement CMS.
Mots clés : Alimentation à découpage, MOSFET SiC, transformateur planar, Leroy Somer
Traduction : Study of 80W Isolated DC/DC converter supplying control and switching boards of
motor driver up to 2,8MW. Improving the power supply results in reducing components costs and
board size, saving assembly duration, adding new options and the replacement of obsolete
component. Starter circuit is designed to work from 300V to 1200V. SiC MOSFET reduces losses,
heater size and assembly time. The obsolete component is replaced by planar pulse transformer.
DC/DC Converter is used for output regulation with Integrated Circuit to improve efficiency and
reduce the size with only Surface Mounted Device.

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Contents
Résumé ................................................................................................................................................................................... 2
1. Remerciements................................................................................................................................................................ 5
2. Introduction ..................................................................................................................................................................... 6
3. Présentation de l’entreprise ............................................................................................................................................. 7
1. L’histoire de LEROY SOMER ................................................................................................................................... 7
2. Groupe Emerson ......................................................................................................................................................... 8
3. Structure LEROY SOMER ......................................................................................................................................... 8
4. L’usine des Agriers ................................................................................................................................................... 10
5. Le service RDE ......................................................................................................................................................... 10
4. Présentation du sujet ..................................................................................................................................................... 11
1. Définition des éléments ............................................................................................................................................ 11
1) Positionnement du produit .................................................................................................................................... 11
2) Fonctions principales ............................................................................................................................................ 12
3) Contraintes Leroy Somer ...................................................................................................................................... 13
4) Versions de produits ............................................................................................................................................. 13
2. Étude de la première version .................................................................................................................................... 14
3. Étude de la seconde version ...................................................................................................................................... 15
4. Objectifs .................................................................................................................................................................... 16
5. Orientation des solutions .......................................................................................................................................... 16
5. Solutions étudiées ......................................................................................................................................................... 17
1. Transformateur d’impulsion planar .......................................................................................................................... 17
1) Spécifications techniques ...................................................................................................................................... 17
2) Commande simple secondaire .............................................................................................................................. 17
3) Dimensionnement du transformateur d’impulsion ............................................................................................... 24
1. Spécifications ........................................................................................................................................................ 24
2. Éléments variables et contraintes .......................................................................................................................... 25
3. Éléments parasites................................................................................................................................................. 28
4. Réalisation ............................................................................................................................................................ 32
5. Mesures ................................................................................................................................................................. 33
6. Essais .................................................................................................................................................................... 33
7. Conclusion ............................................................................................................................................................ 35
2. Éléments de commutation et thermique .................................................................................................................... 35
1) Structure Flyback 1 interrupteur ............................................................................................................................... 35
1. Calculs .................................................................................................................................................................. 35

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2. Carte existante et simulation ................................................................................................................................. 37
3. Sélection d’interrupteur ........................................................................................................................................ 38
4. Dimensionnement thermique ................................................................................................................................ 39
5. Carte existante....................................................................................................................................................... 41
6. Modifications ........................................................................................................................................................ 41
7. Tests ...................................................................................................................................................................... 41
8. Conclusion ............................................................................................................................................................ 44
2) Structure Flyback 2 interrupteurs.............................................................................................................................. 44
1. Dimensionnement ................................................................................................................................................. 44
2. Simulation ............................................................................................................................................................. 45
3. Sélection de composants ....................................................................................................................................... 46
4. Dimensionnement thermique ................................................................................................................................ 49
5. Essais .................................................................................................................................................................... 50
6. Conclusion ............................................................................................................................................................ 54
3. Démarrage de l’alimentation .................................................................................................................................... 54
1) Objectifs et contraintes ......................................................................................................................................... 54
2) Circuit de démarrage actuel .................................................................................................................................. 54
3) Schéma envisagé ................................................................................................................................................... 55
4) Simulation ............................................................................................................................................................. 56
5) Essais .................................................................................................................................................................... 57
4. Régulation des tensions de sortie .............................................................................................................................. 58
1) Objectifs et contraintes ......................................................................................................................................... 58
2) Études et solutions possibles ................................................................................................................................. 58
3) Réalisation ............................................................................................................................................................ 59
4) Conclusion ............................................................................................................................................................ 61
6. Carte complète .............................................................................................................................................................. 62
1. Intégrations ............................................................................................................................................................... 62
2. Réalisation ................................................................................................................................................................ 64
3. Fonctionnement ........................................................................................................................................................ 65
4. Conclusion ................................................................................................................................................................ 65
7. Conclusion générale ...................................................................................................................................................... 65
8. Table des figures ........................................................................................................................................................... 66

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1. Remerciements
Je tiens à remercier tous d’abord l’ensemble des personnes qui ont contribué au bon déroulement de
mon stage pour leur accueil ainsi que leur disponibilité qui m’ont permis de m’intégrer dans leur équipe et
de travailler dans d’excellentes conditions.
Je voudrais ensuite remercier plus particulièrement les personnes suivantes :
 M. Christian Andrieux, mon responsable de stage, pour m’avoir proposé un sujet intéressant, ainsi
que pour son écoute, sa disponibilité et son encadrement lors de la réalisation de ce projet.
 M. Alexandre DUBOIS, mon tuteur de stage, pour sa disponibilité et son aide, afin d’intégrer le
fonctionnement du service RDE et la présentation des produits étudiés.
 M. Jean-Marie ANDREJAK, responsable du service Recherche et Développement Electronique
(RDE), pour m’avoir permis d’effectuer mon stage au sein du bureau d’études
 Messieurs : Guillaume BOSSANT, Ivan KRATZKOV, Charles LACAUX, Patrick BITEAU et
l’équipe GT8, pour m’avoir apporté leur aide et répondu à mes questions tout au long de mon
projet.
 M. Jean-Michel HUBE, mon professeur responsable à l’INSA de Strasbourg.