III Etude détaillée de la solution proposée¶

Comme expliqué dans la partie précédente, la solution pour générer la haute tension consiste à mettre en place plusieurs condensateurs en parallèle chargée en parallèle, puis mise en série.

Le système doit également contrôler la charge et la décharge, mais aussi de mesurer la tension à la sortie et la résistance de la fiole.

Dans cette partie, nous allons décrire en détail la solution proposée au client, nous commencerons par définir les différentes parties du projet sous forme d’un WBS. Nous présenterons ensuite les différents éléments de la carte de puissance conçue ainsi que les résultats des tests effectuées. Nous expliquerons également les fonctions du microcontrôleur qui permettent de contrôler le système et finalement, nous ferons une estimation des ressources et du temps restants pour que le projet soit finalisé.

3.1 WBS du projet :¶

Le projet a été décomposé en trois grandes parties :

- La partie puissance : cette partie concerne l’étude et la réalisation de la carte d’alimentation qui permettra de convertir la tension du secteur en des tensions continues qui permettront d’alimenter la carte des condensateurs et la carte de commande.
- La partie Condensateurs : cette partie concerne l’étude des différentes solutions possibles en fonction de leurs conformités avec le cahier des charges. La solution choisie doit être étudiée théoriquement et simulée afin de valider son fonctionnement. Ensuite, la solution sera testée à petite échelle, c’est-à-dire en réalisant un prototype qui nous permet de valider l’étude théorique et les résultats de simulation. Et finalement, on réalise et on teste le système à grande échelle.
- La partie commande : concerne l’étude et la réalisation des fonctions du microcontrôleur.

Le schéma du WBS suivant résume les différentes fonctions que contient chaque partie du projet :

WBS du projet

3.2 Partie puissance:¶

3.2.1 Résultats de la simulation:¶

Afin de vérifier le comportement des condensateurs mis en parallèle, nous avons simulé grâce au logiciel PSIM, un montage redresseur connecté à une capacité de 5000 uF, ce qui est équivalent à 10 condensateurs de 500 uF montés en parallèles.

Simulation du montage redresseur par PSIM

Résultats de la simulation

On obtient à partir du secteur, au bout de 4s une tension continue de 300 V. Le temps de charge est généralement égal à 5 fois la constante du temps τ qui dépend de la résistance mise en série avec la capacité. En effet :

τ=RC = 160 * 0.005 = 0.8

La tension est donc obtenue au bout de 5*0.8 = 4s.

Les résultats de la simulation montrent que le courant qui passe dans les condensateurs est inférieur à 2 A, ce qui ne risque pas d’endommager les composants du circuit.

3.2.2 Test à échelle réduite:¶

Le test à échelle réduite nous a permis de valider le fonctionnement du système.

Deux condensateurs de 1uF ont été chargés en parallèle par une tension de 20 V, puis mis en série. Les deux condensateurs mis en série sont équivalents à une capacité de
0.5 uF qui a été déchargée dans une résistance de 5MOhms.

Charge et décharge de deux condensateurs de 1 uF

Courbe de décharge des deux condensateurs

3.2.3 Réalisation à grande échelle:¶

La réalisation à grande échelle consiste à concevoir et réaliser les deux cartes de puissance :

- La carte d'alimentation : Permet de générer les tensions qui alimentent les condensateurs, la carte de commande et les commutateurs.
- La carte des condensateurs : contient tous les condensateurs qui seront chargés, les commutateurs qui permettent de relier les condensateurs, ainsi que les ports de liaison avec la carte de commande.

Dans les paragraphes qui suivent, nous expliquerons en détail la structure globale des deux cartes ainsi que les composants qui agissent en tant que commutateurs.

a) Structure de la carte des condensateurs :¶

Comme il a été expliqué dans la partie précédente, la solution de génération de tension consiste à charger en parallèle 8 condensateurs de capacités respectives de 380 uF, et puis les mettre en série afin d'additionnes les tensions stockées dans chaque condensateur.

Les relais :
La mise en parallèle et en série des condensateurs est assurée par des relais doubles, qui sont commandés par un microcontrôleur.
Les relais utilisés sont commandé par une tension de 5V et possède une résistance de bobine de 125 Ohms. Il faut donc un courant de 40 mA pour commander chaque relais.

Transistors de commandes:
Le courant maximal que peut fournir le microcontrôleur est de 25 mA. Il est donc insuffisant pour commander les relais.
Afin de palier ce problème, le microcontrôleur commandera les relais à travers des Transistors MOSFET de 12 V, pour fournir le courant suffisant à commander tous les relais.
Nous avons utiliser deux MOSFET, un MOSFET_PA pour contrôler les relais qui mettent les condensateurs en parallèle, et un MOSFET_SE qui les mettent en série.

Optocoupleurs d'isolation
Les Optocoupleurs assurent une isolation galvanique entre la partie commande et la partie puissance. Cela permettra de protéger le microcontrôleur.
Un Optocoupleur est donc mis entre le microcontrôleur et les MOSFET.

Schéma d'isolation galvanique entre le microcontrôleur et le MOSFET

La carte des condensateurs doit également contenir :

- Des broches de connexion avec la carte de commande
- Des broches de connexion avec la carte d'alimentation
- Un système de mesure de tension (sera expliqué en détail dans le chapitre Partie commande)
- Un système de mesure de résistance (sera expliqué en détail dans le chapitre Partie commande)
- Un thyristor isolé du microcontrôleur, qui permet de connecter la fiole aux condensateurs.

Carte des condensateurs

b) Structure de la carte d'alimentation :¶

La carte d'alimentation doit pouvoir fournir à partir de la tension du secteur :

- Une tension continue de 220 V .
- Deux sorties de tension isolés de 5 V : Une sortie pour alimenter le microcontrôleur et une sortie pour alimenter les relais.
- Une tension de 12 V pour alimenter.

Afin de fournir des tensions continues

Aller à la Conclusion