II Etude des différentes solutions¶

Le système électronique d’électroporation doit permettre de générer une haute tension.

Un générateur de haute tension est un dispositif qui permet de produire une tension électrique qui doit être, selon les normes européenne, supérieure à 1000 V.

Il existe désormais plusieurs technologies qui permettent de générer la haute tension. Le choix de la technologie dépend des critères de performance tels que le rendement en puissance et la morphologie du circuit ; mais la technologie de la génération diffère également selon que l’on souhaite obtenir une tension continue ou alternative.

Dans notre cas, nous souhaitons obtenir une tension continue comprise entre 1000 V et 2300 V, que l’on stockera par la suite dans une capacité de 50 µF. La première étape serait donc de convertir la tension alternative fournie par le secteur en une tension continue et ce, en se servant d’un montage redresseur.

Nous nous intéresserons dans cette partie à l’étude du montage redresseur que nous avons utilisé. Ensuite, nous comparons en terme de coût, d’efficacité et de conformité avec le cahier des charges, les solutions envisageables à savoir : L’alimentation à découpage de type Flyback et l’utilisation d’une capacité à base de plusieurs condensateurs.

2.1 Montage redresseur double alternance¶

Le montage redresseur à double alternance est un montage qui permet d’obtenir à partir d’une tension alternative, une tension continue.
Le schéma du montage est le suivant :

Redresseur double alternance

Le pont de diode, dit pont de Graetz, permet de redresser et les tensions positives et les tensions négatives.

Tension redressée

La capacité permet de lisser la tension redressée. En effet, à chaque demi-période, la charge stockée dans le condensateur est déchargée suivant l’équation de décharge d’un circuit RC :

Uc(t)=E*(1-e^(-t⁄RC))

La demi-période étant très faible devant le temps de décharge, la tension obtenue peut être considérée comme étant constante.

2.2 Génération de la haute tension par le convertisseur Flyback:
2.2.1 Principe de fonctionnement :¶

Il existe désormais plusieurs technologies qui permettent de générer la haute tension parmi lesquelles on peut citer les types d’alimentation à découpage.

Le convertisseur Flyback est un circuit électronique qui permet de générer une tension continue de sortie en fonction de la tension d’entrée et les autres paramètres du système. Le convertisseur Flyback fait partie d’un type d’alimentation dit alimentation à découpage. Il s’agit d’un système électrique qui permet de générer une tension régulée par un composant électronique de puissance (généralement des transistors) utilisé en commutation en haute fréquence. L’intérêt de l’alimentation à découpage est de pouvoir améliorer le rendement. En effet, la puissance dissipée dans le composant utilisé en commutation est moindre que lorsqu’il est utilisé en mode linéaire.

Il existe plusieurs alimentations à découpage qui diffèrent selon leurs topologies, leurs caractéristiques d’isolation et les composants utilisés. Le convertisseur Flyback est une alimentation qui repose sur l’utilisation d’un transformateur composé de deux inductances couplées mutuellement, ce qui permet d’avoir une isolation entre la partie primaire et la partie secondaire du circuit.
Le schéma suivant illustre le circuit électrique de la méthode FlyBack :

Schéma de base d'un convertisseur Flyback

La partie primaire du transformateur est liée à la tension d’entrée V_e et au transistor de commutation T (Modélisé par un interrupteur), tandis que la partie secondaire est composée d’une diode et d’un condensateur C en parallèle avec la résistance R.

Le principe de la méthode Flyback consiste à élever la tension continue d’entrée Ve en une tension
de sortie Vs. Cette dernière est en fonction de la tension d’entrée Ve et des autres paramètres du
circuit :

- n1 : Le nombre de spires au primaire
- n2 : Le nombre de spires au secondaire
- L1 : l’inductance au primaire
- L2 : l’inductance au secondaire
- C : la capacité
- α : Le rapport cyclique de l’interrupteur commandé T

L’étude théorique du montage Flyback a démontré que la tension moyenne de sortie V_s varie en fonction des paramètres d’entrée selon l’équation suivante :

Vs =   n2/n1 * α/(1- α) * Ve

On peut donc augmenter la tension en variant uniquement le rapport cyclique α.
Par exemple si on suppose que : μα ϵ [0.5 ; 0.7]
La tension de sortie V_s prendra des valeurs comprises entre [1000 V ; 2333 V]

Chapitre suivant : III. Etude détaillée de la solution proposée