Rapport chargeur batterie PV 2010

MARTINETTI Sébastien
PELVILLAIN Cyril
Licence SDI EEA Ingénierie Electrique
RAPPORT DE PROJET
Chargeur de
Batterie par
Panneaux Solaires
Année 2009 - 2010
1
SOMMAIRE
1)
2)
3)
INTRODUCTION ............................................................................................................ 3
CAHIER DES CHARGES .............................................................................................. 4
ETUDE : ............................................................................................................................ 5
3.1) Conversion de l’énergie .................................................................................................. 5
3.1.1) Fonctionnement du panneaux solaire photovoltaïque.............................................. 5
3.1.2) Recherche du point de puissance maximum du panneau ......................................... 6
3.2) Hacheur ........................................................................................................................... 7
3.2.1) Structure du Hacheur : ............................................................................................. 7
3.3) Batterie ............................................................................................................................ 8
3.3.1) Structure de la batterie : ........................................................................................... 8
3.3.2) Fonctionnement de la batterie stationnaire : ............................................................ 8
3.4) Synoptique : .................................................................................................................... 9
4) MISE EN ŒUVRE DU CHARGEUR SOLAIRE ....................................................... 10
4.1) Electronique de puissance et électronique analogique :................................................ 10
4.2) Choix des composants du hacheur série : ..................................................................... 10
4.2.1) Choix du transistor :............................................................................................... 10
4.2.2) Choix de la diode : ................................................................................................. 11
4.2.3) Choix des radiateurs thermique : ........................................................................... 11
4.2.4) Dimensionnement du condensateur d’entrée : ....................................................... 12
4.2.5) Dimensionnement du condensateur de sortie : ...................................................... 12
4.2.6) Conception de l’inductance de lissage : ................................................................. 13
4.2.7) Choix de la commande du transistor : .................................................................... 15
5) ESSAI DU SYSTEME A L’AIDE D’UN GBF ............................................................ 16
6) CHOIX DES COMPOSANTS PARTIE COMMANDE ............................................ 18
6.1) Amplification par deux du signal de sortie du PIC16F876 :......................................... 18
6.2) Informations arrivant sur le microcontrôleur PIC16F876 : .......................................... 21
7) PROGRAMMATION :.................................................................................................. 24
7.1) Le microcontrôleur PIC16F876 : .................................................................................. 24
7.2) Le PICFLASH : ............................................................................................................ 25
7.3) Le programme : ............................................................................................................. 26
8) TEST FINAL : ................................................................................................................ 27
9) CONCLUSION ............................................................................................................... 30
10) ANNEXES ....................................................................................................................... 31
2
1) INTRODUCTION
De nos jours, les énergies renouvelables sont en plein essor malgré une lente
émergence au début. Le soleil, le vent, l’eau et les autres produits végétaux sont des
ressources naturelles capables de produire de l’énergie grâce aux technologies développées
par les hommes. Les énergies renouvelables sont des sources d’énergie inépuisables,
contrairement aux énergies fossiles que nous utilisons et dont leurs quantités diminuent de
jour en jour (exemple : Le pétrole, le charbon). De plus, les énergies fossiles émettent des gaz
à effets de serre. Dans notre projet, nous avons utilisés des panneaux photovoltaïques. Dans ce
cas la nous avons utilisés l’énergie solaire.
Le but de ce projet est de concevoir un chargeur de batterie avec un panneau
photovoltaïque.
Dans ce rapport nous verrons tout d’abord l’étude du passage de l’énergie solaire en
une énergie électrique, ainsi que les divers fonctions de notre chargeur de batterie. Enfin, nous
discernerons les étapes de la conception de notre projet.
3
2) CAHIER DES CHARGES
L’objectif du projet est de construire un chargeur de batterie de puissance 100W
alimenté par des panneaux solaire. Nous devons contrôler la charge de la batterie, puis la
recherche du point maximal de fonctionnement du panneau solaire et enfin le contrôle du
niveau de la charge de la batterie.
Dans ce projet, nous mettons en jeu différent domaine scientifique qui sont les suivants :
-L’électronique de puissance avec le hacheur
-L’électronique analogique avec le comparateur
-La programmation avec le microcontrôleur
4
3) ETUDE :
3.1) Conversion de l’énergie
Les panneaux solaires photovoltaïques permettent de capter le rayonnement du soleil,
qui est alors transformé en électricité. Pour convertir l’énergie solaire en une énergie
électrique nous avons utilisé des panneaux solaires photovoltaïques situés sur le toit du
bâtiment.
3.1.1) Fonctionnement du panneaux solaire photovoltaïque
Les panneaux solaires photovoltaïques, parfois appelés photoélectrique, transforme la
lumière (rayonnement du soleil) en électricité. Les panneaux sont un assemblage de cellules
photovoltaïque, chacune d’elles délivrant une tension de0.5V à 0.6V. Elles sont donc
assemblées pour créer des modules photovoltaïques de tension normalisée comme par
exemple un module de 12V.
La cellule photovoltaïque est fabriquée à partir de deux couches de Silicium (matériaux semiconducteur) :
- Une couche dopée avec du bore qui possède moins d’électron que le Silicium, cette
zone est donc dopée positivement (Zone P)
- Une couche dopée avec du phosphore qui possède plus d’électrons que le Silicium,
cette zone est donc dopée négativement (Zone N)
Lorsqu’un photon de lumière arrive, son énergie crée une rupture entre un atome de silicium
et un électron, modifiant les charges électriques. C’est ce qu’on appelle l’effet photovoltaïque.
Les atomes, chargés positivement, vont alors dans la zone P et les électrons, chargés
négativement, vont dans la zone N. Une différence de potentiel électrique, c'est-à-dire une
tension électrique, est ainsi crée.
5
3.1.2) Recherche du point de puissance maximum du panneau
Un panneau solaire photovoltaïque produit une puissance, celle-ci varie en fonction de
l’ensoleillement. Le rayonnement du soleil se mesure en lumen, et le flux lumineux en lux.
La relation qu’i y a entre l’éclairement et la puissance et la suivante :
1 lux = 1lm/m²
1lm = 1.6*10-3 W
1 lux = 1.6*10-3 W/m²
Pour réaliser les essais nous avons utilisé la méthode voltampèremétrique, comme ça nous
pouvions avoir les valeurs des courants et des tensions. De plus, la formule pour la puissance
d’un panneaux est la suivante : P = U*I. Le panneau solaire utilisé dans cet essai est de la
marque photowatt. Cet essai nous permettra d’avoir la puissance maximal du panneau.
Schéma de montage :
A
(+)
v
(-)
Panneau
solaire
Récepteurs
Suite a nos relevés nos avons tracés la caractéristique I = f(U) (voir annexe1).
La configuration du panneau est la suivante, l’inclinaison est de 30° et direction sud. La
température relevé ce jour là était de 16.3°C. Pour un éclairement de 687500 lux (soit une
puissance par m² de 1100), la puissance maximale délivrée par le panneau est de 69.6 W. Si
l’éclairement varie de celui du jour ou la mesure a été effectuée lors la puissance maximal va
varie aussi.
6
Tableau de relevé :
Tension en V
20,25
20,154
20,062
19,953
19,814
19,671
19,58
19,54
19,272
18,935
18,66
18,363
18,06
17,796
17,502
17,222
16,93
16,61
16,3
16
15,66
14,99
13,92
11
10
8
6
4
2
0
Courant en A
0,15
0,25
0,35
0,45
0,55
0,65
0,75
0,85
1
1,25
1,5
1,75
2
2,25
2,5
2,75
3
3,25
3,5
3,75
4
4,5
5
6,2
6,3
6,4
6,5
6,5
6,5
6,5
Puissance en W
3,0375
5,0385
7,0217
8,97885
10,8977
12,78615
14,685
16,609
19,272
23,66875
27,99
32,13525
36,12
40,041
43,755
47,3605
50,79
53,9825
57,05
60
62,64
67,455
69,6
68,2
63
51,2
39
26
13
0
3.2) Hacheur
3.2.1) Structure du Hacheur :
Un hacheur est un convertisseur continu/continu, il permet d'obtenir à partir d'une tension
continue fixe, une tension continue réglable. Il existe trois de hacheur , qui sont les suivantes :
Le hacheur série ou survolteur :
Le hacheur parallèle au dévolteur :
Le hacheur quatre cadrant :
Nous avons choisis un hacheur série car nous n’avons pas besoin de réversibilité en courant
ou en tension
7
3.3) Batterie
3.3.1) Structure de la batterie :
Une batterie électrique est un composant électrochimique, elle comporte des électrodes
positives et négatives composées d’alliages dissemblables plongées dans un électrolyte
(acide). L’ensemble est encapsulé dans un bac scellé ou muni d’un bouchon de remplissage et
d’un évent. Les réactions d’oxydoréduction qui gouvernent le fonctionnement d’une batterie
sont réversibles, dans la mesure où celle ci n’a pas été longtemps ni complètement déchargée
ni trop surchargée. Un fonctionnement prolongé dans l’un ou l’autre de ces états aboutirait à
la destruction définitive de la batterie.
3.3.2) Fonctionnement de la batterie stationnaire :
La plupart des systèmes photovoltaïques comportent des batteries spéciales (batteries
stationnaires à alliages de Plomb) qui emmagasinent l’énergie générée par les panneaux
photovoltaïques en prévision des périodes où il n’y a pas de soleil. Ces batteries sont conçues
pour restituer un courant stable pendant de longues périodes en conservant leurs aptitudes à la
recharge, et ceci à un grand nombre de reprises (cycles). La batterie passe par différente phase
qui sont la décharge et la charge de celle-ci.
8
3.4) Synoptique :
Voici, le synoptique du montage, cela nous permet devoir le fonctionnement du
système.
Panneau solaire
Hacheur
série
Commande
du hacheur
Marche ou arrêt
de la charge
Batterie
Micrcontrôleur
Afficheur
LCD
Sur ce synoptique, nous pouvons voir que la conversion de tension (continu-continu) est
réalisée par le hacheur série. Ensuite le microcontrôleur permet d’effectuer la recherche du
point maximum de la puissance de travaille du système (MPPT : Maximum Power Point
Tracking), donc il réalise la commande du hacheur. Il relève la tension, le rapport cyclique et
transfère les informations sur l’écran LCD. En contrôlant ces paramètres il gère la charge de
la batterie.
9
4) MISE EN ŒUVRE DU CHARGEUR SOLAIRE
4.1) Electronique de puissance et électronique analogique :
Voici le schéma électrique de la partie puissance du système. Par la suite nous allons
déterminer les composants qui le constituent.
4.2) Choix des composants du hacheur série :
4.2.1) Choix du transistor :
Nous avons choisi un transistor de type MOSFET. C’est un transistor utilisé dans le
montage de forte puissance crée pour supporter des tensions élevées. Il est employé dans des
système comme le notre c'est-à-dire dans de la régulation. Nous avons choisi le transistor
suivant IRF530.
Caractéristique du transistor :
Tension de sortie :
Courant de sortie :
Temps de réponse (TF(on)) :
VDS = 100V
ID = 16A
TF(on) = 16 ns
La tension de sortie du panneau est inférieur à celle du transistor, puis le courant du transistor
est supérieur a celui de la batterie. Enfin le temps de réponse est suffisant pour notre montage
car nous effectuons une mesure toute les 20 ms.
10
4.2.2) Choix de la diode :
Nous avons choisi une diode de type shottky pour c’est caractéristique principal comme la
rapidité de commutation, tension maximum. Cette diode nous permet d’effectuer la phase de
roue libre du hacheur. Cette phase est dû a l’inductance de lissage. La référence de la dioder
shottky est BYW81PI-200.
Caractéristique de la diode :
Tension maximum en inverse :
Courant maximum en inverse :
VRRM = 1000V
IF (RMS) = 25A
Nous avons réalisé les mesures sur le panneau (voir le tableau de relevé), on peut constater
que les caractéristiques de la diode sont supérieur au valeur mesurer. Lors de nos mesure la
tension maximal était de 20V et le courant maximum était 6.5A.
4.2.3) Choix des radiateurs thermique :
Pour le transistor :
La méthode utilisée a été tirée d’un ouvrage (le guide de l’électrotechnicien)
Calcul des pertes en commutation :
PCOM = (E.I.(TF.TR)/ (2.f)
E : Tension en entrée du transistor (au point de puissance maximum Upanneau=13.92V)
I : Courant en entrée du transistor (au point de puissance maximum Ipanneau=5A)
TF : Temps de réponse
TF = 16 ns
TR = 15 ns
TR : Temps de réponse (TOFF)
F : Fréquence de la commande du hacheur
f = 50Khz
PCOM = 13.92*5*(((15+16).10-9)/2)*50000
PCOM = 0.054 mW
Calcul des pertes en conduction :
Pcond=ID*VDS
Pour Tc = 175° et ID= Ipanneau = 5A
VDS=0.7V
Pcond= 4*0.7
Pcond= 2.8W
PD = Pcond + PCOM
PD = 2.8 + 0.054
PD = 2.854 W
11
Calcul de la résistance thermique :
Φa : Résistance thermique
Φjc : Résistance thermique entre la jonction et le boitier
Φcs : Résistance thermique entre le boîtier et le dissipateur
Tj : Température de jonction
Ta : température ambiante
Φjc : 0.5°C/W
Φcs : 1°C/W
Tj :175°C
Ta : 40°C
Φa= (Tj - Ta)/ Pcond - (Φjc + Φcs)
Φa=(175-40)/2.854 – (0.5 + 1)
Φa= 45.8W
Pour la diode :
Résistance thermique de la diode :
Rth= 4°C/W
4.2.4) Dimensionnement du condensateur d’entrée :
On rajoute un condensateur de découplage entre les panneaux photovoltaïque et le
hacheur, car la longueur des câbles amméne de l’inductance. Pour un métre de câble on a un
inductance de 1µH. Donc pour définir la valeur exact du condensateur il faut effectuer les
tests avec les panneaux solaire. Comme ça on pourra mesurer la valeur de l’inductance, puis
définir la longueur des câble. Dans notre cas on a estimer la longueur des câbles entre notre
source d’alimentation et le montage a 1 métre, puis on a estimé la valeur de notre
condensateur à 100nF. Pour déterminer la valeur du condensateur d’entrée est la même que
pour le condensateur de sortie.
4.2.5) Dimensionnement du condensateur de sortie :
Pour la fréquence du système, on a choisit une fréquence de 50KHz. On a choisit
50 KHz car plus on monte dans les fréquences plus on diminue la taille des éléments du
circuit. En revanche, on évite de travailler dans la plage de fréquence de 10KHz à 20 KHz car
cela crée un bruit.
La formule pour déterminer la valeur d’un condensateur est la suivante :
ω0=1/
C=1/(l * (ω0)2)
ω0= 2πfo
la pulsation (ω0) est la pulsation de résonnance du système, elle est équivalent a un
dixième de la fréquence. Alors dans notre cas la valeur de la fréquence fo est de 5 KHz.
C=1/(1.4*10-3*(2π*5000)2)
C= 723 nF
Pour la valeur du condensateur nous prenons la valeur normalisé la plus proche au dessus de
notre dimensionnement, c'est-à-dire que nous prenons un condensateur de 1 µF.
12
4.2.6) Conception de l’inductance de lissage :
Pour concevoir cette bobine, nous avons utilisés la documentation du site suivant :
www.techniques-ingénieur.fr
Nous devons alimenter une batterie (Sonnenschein) 12V, 6.6AH. Pour avoir l’ondulation
maximum, il faut que alpha soit égal 0.5
Imax
Imin
T/2
T
La charge d’une batterie s’effectue à 10% de décharge de sa valeur final. Dans notre cas la
charge de la batterie sera 5.94AH, soit une décharge de 0.66AH.
∆Imax=(ET)/(4L)
E : tension en volt
T : période du signal
L : Inductance en Henry
∆Imax : Variation maximal du courant
La fréquence du hacheur est de 50 KHz.
T= 1/f
T=1/50000
T=20 µs
L= (ET)/(4 ∆Imax )
L=(20*20*10-3)
L= 1.4 mH
Construction de la bobine :
Wmax= 1/2LIbatteriemax2
Wmax= ½*(1.4*10-3)*0.662
Wmax=0.0003J
Φmax=L Imax
13
Φmax=1.4*10-3*0.66
Φmax= 0.92mWb
Choix du circuit magnétique :
Ae*Sb
αL(Ibatteriemax)2/(J*Bmax)
Ae: Section du circuit magnétique
Sb: Surface du bobinage ( aire de la fenêtre du circuit magnétique)
Le produit Ae*Sb doit être déterminé pour le circuit magnétique choisi
Alpha (α) : Coefficient de foisonnement (α : 2.5)
J : Densité du conducteur (4A/mm2)
Bmax : Induction maximum (Bmax =200mT( B=f(H)))
Ae*Sb α*(LImax2)/(J* Bmax )
Ae*Sb 2.5*(1.4*10-3*0.662)/(0.2*4*10-6)
Ae*Sb 0.19*10-8
Section du conducteur :
S= Imax/J
S=0.66/4
S=0.165mm2
A après avoir calculer le produit (Ae*Sb) et choisi le matériaux, on en déduit à partir de
l’inégalité précédente.
La valeur du produit pour une structure RM8 :
Ae*Sb*=40*10-6*52*10-6
Ae*Sb*=0.2*10-8
La structure convient car le produit est supérieur à celui dont nous avons besoin qui est de
Ae*Sb 0.19*10-8
N= (LImax)/( Ae* Bmax )
N=(1.4*10-3*0.66)/( 40*10-6*0.2)
N=116 spires
Même si cette struture est compatible avec notre système, le nombre de spires que l’on doit
effectuer est trop importante par rapport aux dimensions du composant. Alors on n’a prit la
structure équivalent mais avec des dimensions plus grandes. C’est la structure RM10.
Donc la valeur du produit est la suivante :
Ae*Sb*=66*10-6*83*10-6
Ae*Sb*=0.5*10-8
N= (LImax)/( Ae* Bmax )
N=(1.4*10-3*0.66)/( 66*10-6*0.2)
N=70 spires
Avec la structure RM10 on a un bon compromit entre le matériaux utilisé et la taille du
composant
Calcul de l’entrefer :
µ0 = perméabilité de l’aire (4π*10-7)
E=(µ0*N2 * Ae)/L
E=(4π*10-7*702*6610-6 )/(1.4*10-3 )
E=0.29mm
14
4.2.7) Choix de la commande du transistor :
Pour commander le transistor utilisé (IRF 530), nous utiliserons un driver IR2125. On
a mit en place ce driver parce que l’on ne peut pas piloter la gâchette du transistor avec le
microcontrôleur, car celui-ci fonctionne entre 0 et 5V. Tandis que la commande de la gâchette
fonctionne entre 0 et 10V.
Schéma de câblage du driver IR2125
N° de broche
Câblage des entrées/sorties :
Désignation
Fonction
1
2
3
4
5
6
7
8
VCC
IN
ERR
COM
Vs
CS
HO
Vb
tension d'alimentation du circuit logique ( V=15V)
Signal de commande d'entrée (signal carré PWM) pour le blocage et l'amorçage du transistor
NC
Masse du driver
référence des masses
NC
Signal de commande de sortie (signal carré PWM) pour le blocage et l'amorçage du transistor
Tension de sortie qui alimente le condensateur C
15
Les composants du montage du driver, nous avons dû les dimensionner. Pour le condensateur
sur la broche numéro 5, on a utiliser la formule suivant :
Désignation
Fonction
Valeur
Qg
Iqbs=Idss
Icbs=Igss
qls
f
VCC
Vf
Vls
Vmin=Vgs(th)
Charge total sur la grille du transistor
Courant de fuite entre le drain et la source
Courant de fuite entre la grille et la source
Niveau de charge requis par cycle
Fréquence des opérations
Tension d'alimentation de l'IR2125
Chute de tension dans la diode
Chute de tension dans le transistor
seuil de tension sur la grille
32nC
10μA
100nA
5nC
50KHz
15V
0,4V
0,5V
2V
Le résultat du calcul précédent est de 11.4 nF. Cette valeur n’est pas normalisée, nous avons
choisi un condensateur de 33 nF.
5) ESSAI DU SYSTEME A L’AIDE D’UN GBF
16
Schéma du montage :
Gachette
du
Thyristor
GBF
Les alimentations du driver et du hacheur ont été réalisés par des alimantations continues
respectivement de valeur 15V et 20V.
GBF => signal TTL d’amplitude 10V et de fréquence 50kHz.
Relevés effectués :
Relevé pour un α de 30%
Relevé pour un α de 70%
17
Grâce a cet nous avons pu vérifier le bon fonctionnement du système, comme par exemple la
variation du alpha.
6) CHOIX DES COMPOSANTS PARTIE COMMANDE
6.1) Amplification par deux du signal de sortie du PIC16F876 :
Pour cela nous avons 2 solutions :
La première fut d’utiliser un comparateur LM311N car sa technologie à collecteur ouvert
permet avec une alimentation 0-10V de transformer le signal de sortie du microcontrôleur.
On impose une tension de référence égale à la moitié de l’amplitude du signal de sortie soit:
Vref = 5/2 =2.5V
Pour obtenir ce résultat nous avons utilisé un pont diviseur de tension :
18
R1
Vµc=5V
R2
Vref
Soit,
Vref = (R2/ (R1+R2))* Vµc
R2
Ici on a donc,
d’où R1=R2.
= 1/2
R1 + R2
Pour limiter les effets du courant on prendra deux grandes valeurs de résistance soit :
R1=R2=3.3kΩ
On obtient le schéma suivant :
+10V
R3
LM311N
Vout
Vin
+
Vref
Calcul de R3 :
Elle se calcule partir des données constructeur :
Le constructeur nous donne l’information suivante Output Leakage Current = 3mA
Soit R3=V/I= 10/ (3*10-3) = 3.3 kΩ
Malheureusement, cette solution est impossible car le système répond trop lentement au signal
50kHz envoyé par le microcontrôleur comme le prouve le relevé suivant :
19
Temps de
réponse
Trop long
C’est pour cela que nous avons utilisé un amplificateur de type TL072 avec un gain de 2 :
R2
R1
Vout
Vin
+
TL072
On souhaite un gain de 2 afin de multiplier par 2 le signal d’entrée or ici le rapport Vout/Vin
est égal :
Vout/Vin = 1 + R2/R1 = 2
20
Soit R2/R1 = 1 ce qui implique que R1 est égal à R2.
Pour limiter les effets du courant on prendra deux grandes valeurs de résistance soit :
R1=R2=3.3kΩ
N° de broche
Câblage des entrées/sorties :
Désignation
Fonction
1
2
3
4
5
6
7
8
Offset null 1
Inverting input 1
Non-inverting input 1
VccNon-inverting input 2
Inverting input 2
Output 2
Vcc+
Signal de commande de sortie (signal carré PWM) pour le blocage et l'amorçage du transistor
Masse avec le gain de deux
Signal de commande d'entrée (signal carré PWM) pour le blocage et l'amorçage du transistor
tension d'alimentation du circuit logique ( V=-15V)
NC
NC
NC
tension d'alimentation du circuit logique ( V=+15V)
Nous avons utilisé cette solution car le temps de réponse convient beaucoup mieux au circuit.
Temps de réponse
plus faible à 50kHz
Traitons maintenant des informations en courant et en tension arrivant sur le PIC16F876.
6.2) Informations arrivant sur le microcontrôleur PIC16F876 :
21
Information en tension :
Pour avoir une information en tension de la part du circuit, nous avons mis en place un pont
diviseur de tension afin d’adapter la tension arrivant sur la batterie pour qu’elle soit
exploitable par le microcontrôleur.
Nous obtenons le schéma suivant :
V=20V
Tension
provenant
de la
batterie
R3
R4
V0
Le microcontrôleur ne supporte que des tensions comprises entre 0 et 5V d’où :
V0= (R4 (R3+R4))*V
Ici on a donc,
R4
= 5/20 = 1/4
d’où R3=330kΩ et R4= 100kΩ.
R3 + R4
La tension obtenue est ensuite renvoyée sur la borne AN0 (voir schéma) du microcontrôleur.
Cette borne correspond à l’entrée du CAN du PIC16F876.
Information en courant :
En ce qui concerne l’information en courant nous avons utilisé un circuit imprimé nommé
MAX 471 pour la mesure du courant. Cette mesure est effectuée par l’intermédiaire d’une
résistance interne dans le circuit qui permet de récupérer une tension proportionnelle au
courant.
22
Résistance de sortie
En ce qui concerne la résistance de sortie Rout (voir page précédente), elle est élaborée à
l’aide d’un calcul que donne le constructeur :
Rout = Vout / (ILoad * 500µA/A) = 400Ω
Or d’après le datasheet du MAX 471, le constructeur nous préconise de prendre une résistance
Rout de 2kΩ.
Cependant dans notre cas le choix de la résistance fut quelque peu différent. En effet sachant
que nous utilisons cette information sur le microcontrôleur, nous avons mis en place un autre
pont diviseur pour ne pas dépasser les 5V autorisés.
De plus, en testant une première fois le circuit nous nous sommes rendus compte que le signal
observé n’était pas du tout stable, c’est pour cela, grâce aux informations données par le
constructeur, que nous avons mis un condensateur en parallèle dans le circuit du CI (voir
schéma) afin de lisser la tension provenant du MAX 471.
Cette information est ensuite renvoyée vers la borne AN1 (voir schéma) du microcontrôleur.
Cette borne est également une entrée du CAN du PIC16F876.
Maintenant nous avons nos deux informations provenant du circuit de puissance nous
pouvons à présent passer à la partie programmation du projet.
23
7) PROGRAMMATION :
7.1) Le microcontrôleur PIC16F876 :
Un microcontrôleur est une unité de traitement de l'information de type microprocesseur à
laquelle on a ajouté des périphériques internes permettant de réaliser des montages sans
nécessiter l’ajout de composants annexes. Un microcontrôleur peut donc fonctionner de façon
autonome après programmation. Le microcontrôleur que nous avons utilisé fonctionne à
l’aide du logiciel MikroC, ce logiciel est gratuit et permet de programmer simplement le
PIC16F876.
La société Microship, qui développe le PIC16F876, est un fabricant de semi-conducteurs
fondé en 1989, à partir d'une division de General Instruments.
Microchip produit les microcontrôleurs PIC, des composants KEELOQ, des composants
radiofréquences, des composants de gestion des batteries, des interfaces, des composants
analogiques, etc.
Câblage des différentes entrés/sorties du PIC16F876 :
24
N° de broche
Désignation
Fonction
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
MCLR/VPP
RA0/AN0
RA1/AN1
RA2/AN2/VREFRA3/
AN3/VREF+
RA4/T0CKI
RA5/AN4/SS
VSS
OSC1/CLKIN
OSC2/CLKOUT
RC0/T1OSO/T1CKI
RC1/T1OSI/CCP2
RC2/CCP1
RC3/SCK/SCL
RC4/SDI/SDA
RC5/SDO
RC6/TX/CK
RC7/RX/DT
VSS
VDD
RB0/INT
RB1
RB2
RB3/PGM
RB4
RB5
RB6/PGC
RB7/PGD
Information venant du PICFLASH
Information en tension
Information en courant
NC
NC
NC
NC
NC
Entrée du Quartz 4MHz
Sortie du Quartz 4MHz
NC
NC
Sortie du PIC(programme) signal 50kHz à rapport cyclique variable
NC
NC
NC
NC
NC
Relié à la masse
+5V
Relié à la broche RS du LCD
Relié à la broche E du LCD
Relié à la broche DB4 du LCD
Relié à la broche DB5 du LCD
Relié à la broche DB6 du LCD
Relié à la broche DB7 du LCD
Programme venant du PICFLASH
Programme venant du PICFLASH
7.2) Le PICFLASH :
25
Comme nous l’avons mentionné précédemment le programme fut réalisé à l’aide du logiciel
MikroC de MikroElektronika qui développe également le PICFLASH. Ce dernier permet de
faire la communication entre l’ordinateur et le microcontrôleur :
7.3) Le programme :
Le but du programme était en tout premier lieu de réaliser un asservissement du circuit à
puissance maximale. En effet, en récupérant une information en courant et en tension on
obtient une puissance. A l’aide du programme on pouvait par la suite diminuer ou augmenter
un rapport cyclique afin de conservé la plus grande puissance possible.
Cependant, nous avons pris quelques retard avec le projet ce qui nous partiellement bloqué
pour la réalisation du programme. Néanmoins, nous avons proposé une solution qui est
d’effectuer un asservissement cette fois ci à tension constante. En effet, nous avons fixé dans
le programme une valeur de tension et ensuite si la charge vient se modifier, le programme va
augmenter ou diminuer le rapport cyclique afin d’augmenter ou de diminuer la tension dans la
charge.
Le programme suivant comporte tous les commentaires et information nécessaire à la
compréhension du programme.
Remarque : Le microcontrôleur possède un CAN de 10 bits, le quantum de ce CAN se calcule
de la manière suivante.
Q = PE/ (2n-1)
Q = 5000/1023
Avec PE = pleine échelle = 5V => 5000
Q = quantum
2n-1 = 210-1 = 1023
Asservissement de tension et génération d’un signal 50kHz avec
rapport cyclique variable
26
void main () {
long Umes;
// declaration de Umes en long
long Imes;
// declaration de Imes en long
char Usv[16]; // declaration d'un tableau pour stocker la valeur de la tension
char Psv[16]; // declaration d'un tableau pour stocker la valeur de la
puissance
char Isv[16]; // declaration d'un tableau pour stocker la valeur du courant
long Ic;
long Uc;
long Pc;
long rap; // declaration du rapport cyclique qui servira ensuite dans
l'asservissement
Pwm_Init(50000);
// Réglage de la fréquence du signal
PORTc = 0;
//initialisation du port c
TRISc = 0;
// port c en sortie
TRISB = 0;
// port b en sortie
TRISA = 0xff; //port a en entrée
lcd_config(&portb,0,1,wr,5,4,3,2); //confiqure les sorties
lcd_cmd(lcd_clear);
//initialise l'afficheur lcd
lcd_cmd(lcd_cursor_off); //l'afficheur lcd est éteint
rap=5;
Pwm_Start(); // charge la fonction PWM pour la génération du signal
while(1)
{
Umes=adc_read(0);
//lie la valeur en tension de l'entrée AN0
Imes=adc_read(1);
//lie la valeur en courant de l'entrée AN1
Ic=Imes*10000/6650; // multiplie cette valeur au quantum
Uc=Umes*5000/1023; // multiplie cette valeur au quantum
Pc=Uc*Ic*43/10000; // on effectue le produit U*I
LongToStr(Uc*43/10,Usv); //passage de la valeur de long dans le tableau
LongToStr(Pc,Psv); //passage de la valeur de long dans le tableau
lcd_out(1,
tension
lcd_out(1,
lcd_out(2,
lcd_out(2,
1, Usv);
// charge le texte dans l'afficheur et affiche la
13, "mV");
1, Psv);
13, "mW");
// affiche l'unité
// affiche la puissance
// affiche l'unité
if(Uc<1395)
// 1395 valeur de
la tension que l'on fixe soit
6/4.3=1.395
{
rap=rap+2; // on incrémente le rapport cyclique de 2 si Uc<6V
}
6V
=>
dans
la
else if(Uc>1395)
{
rap=rap-2; // on décrémente le rapport cyclique de 2 si Uc>6V
}
else
{
rap=rap;
}
Pwm_Change_Duty(rap);
fonction PWM
PORTc= ~PORTc;
DELAY_ms(1000);
}
//
on
intègre
le
nouveau
rapport
cyclique
// Programme de la LED
// effectue le programme toutes les secondes
}
8) TEST FINAL :
27
Pour ce test final, nous vous proposons une photo de système complet avec partie puissance et
partie commande ainsi que des relevés du signal en sortie de l’IR2125 (tension sur la
gâchette) et de la tension aux bornes de la charge avec des indications sur le courant.
Relevé pour une tension de 6.3V et un courant de 0.216A :
28
Relevé pour une tension de 6.3V et un courant de 0.4A :
Relevé pour une tension de 6.3V et un courant de 0.8A :
29
Avec ces différents relevés effectués nous pouvons constater qu’avec une augmentation de la
charge (soit une augmentation du courant) le programme fait varier le rapport cyclique pour
que la tension aux bornes de la charge reste à 6.3V.
9) CONCLUSION
30
Ce projet fût très instructif, car il nous a permis de nous familliariser avec les énergies
renouvelable. En effet, malgré que nous n’ayons pas pu le tester sur les panneaux solaires
dans des conditions réelles, notre système est adapté aux energies renouvenables.
Cependant, nous avons apporté quelques modifications au cahier des charges en ce qui
concerne la programmation. En effet, au départ on souhaitait faire l’asservissement du sytème
à puissance maximale et finalement on a trouvé un compromis en réalisant l’asservissement à
tension const ante.
A travers ce projet, nous avons pu mettre en pratique toutes les connaissances en
electronique, en electrotechnique et en automatique aquises au cours de l’année. De plus ce
projet nous a permis d’aquerir de plus amples connaissances qu’il s’agit de la programmation
ou du dimmensionnement des différents composants.
Nous regrettons cependant de ne pas avoir mis en place ce projet sur les panneaux
solaires car cela nous aurais permis d’apporter quelques modification afin d’optimiser le
système comme par exemple un affichage des différentes valeurs disponible comme le
courant, le rapport cyclique en %, et peut-être mçme insérer une barre de chargement de la
batterie mais nous pensons que tout système a ses limites. Ainsi, l’énergie solaire offre des
possibilités infinies qu’on commence à retrouver seulement dans certains portables et autres
systèmes.
10)
ANNEXES
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Caractéristiques Courant/Tension et Puissance/Tension
Diode BYT 12PI-1000
Thyristor IRF530
AOP TL072
Driver IR2125
Capteur de courant MAX471
32