Conception et réalisation d`un circuit électronique pour l`alimentation

Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT
Damien ARDITO
IUT de Nancy-Brabois
1
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 : Tuteur de stage :
Damien ARDITO François PIGACHE
Etudiant en 2ème année de DUT GEII Maître de conférences
Année universitaire 2009 – 2010

Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT
Damien ARDITO
IUT de Nancy-Brabois
2

Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT
Damien ARDITO
IUT de Nancy-Brabois
3
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

Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT
Damien ARDITO
IUT de Nancy-Brabois
4
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.

Laboratoire LAPLACE de Toulouse, site ENSEEIHT
Damien ARDITO
IUT de Nancy-Brabois
5
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.