Polytech Projets Ge » Projets 2024 » P24AB07.1 Potentiostat solaire.1

Note D'application
Dimensionnement Convertisseur DC/DC

Client : CORNET Jean-François
Référent Polytech : LAFFONT Jacques
Tuteur industriel : KERSULEC François

Étudiant : PRINET Thomas

Polytech Clermont – Génie Électrique
06/01/2025

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• Contenu
• 1. INTRODUCTION
• 2. PRESENTATION DU MONTAGE
• 3. ETUDE DU FONCTIONNEMENT
  • 3.1. VALEUR MOYENNE DE SORTIE
  • 3.2. CONTRAINTE SUR L’INDUCTANCE
  • 3.3. CONTRAINTE SUR LE CONDENSATEUR
  • 3.4. CONTRAINTE SUR LES SEMIS-CONDUCTEURS
• 4. CHOIX DES COMPOSANTS
• 5. CONCLUSION

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1. INTRODUCTION¶

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2. PRESENTATION DU MONTAGE¶

L’objectif de ce circuit étant d’amplifier la tension d’entrée issue de la cellule photovoltaïque, le montage sélectionné est un hacheur parallèle (montage boost ou survolteur). Le circuit est le suivant :

Figure 1 : Montage survolteur

Ce montage est composé de quatre composants :

• Une inductance
Ce composant est essentiel pour le fonctionnement de ce circuit. En effet, c’est ce dernier qui va permettre d’amplifier la tension de sortie. Cela est possible par le fait que l’inductance va se magnétiser et donc emmagasiner de l’énergie, puis restituer cette dernière afin d’augmenter la tension de sortie. Par ailleurs, l’inductance va permettre de limiter les variations de courant en entrée et donc protéger la source d’alimentation.

• Un transistor
Son rôle est de contrôler la commutation entre les phases de charge et de décharge de l’inductance.
Il y a deux états possibles :
- Lorsqu’il est passant (ON), l’inductance va emmagasiner de l’énergie.
- Lorsqu’il est bloqué (OFF), l’inductance va se décharger dans la charge de sortie.

• Un condensateur
Cet élément a pour rôle de lisser la tension de sortie afin que cette dernière soit stable. Pour cela, le condensateur va emmagasiner de l’énergie durant la phase de décharge (OFF) de l’inductance et la restituera à la charge lors de la seconde phase (ON).

• Une diode
CE composant permet la bonne circulation du courant dans le circuit. En effet, lors de la décharge de l’inductance (OFF), elle va conduire le courant vers la charge et le condensateur. Lors de la phase de charge (ON), la diode va permettre d’éviter que le courant issu de la capacité ne revienne vers l’inductance afin que ce dernier soit entièrement transmis à la charge.

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3. ETUDE DU FONCTIONNEMENT¶

Cette section expose la réflexion menée afin de définir les contraintes sur les différents composants constituant ce montage.

3.1. VALEUR MOYENNE DE SORTIE¶

Dans un premier temps, l’étude se fera sans la capacité de sortie qui peut être négligée.

Figure 2 : Montage survolteur à sortie non filtrée
Le signal de commande du transistor sera une PWM de période T et de rapport cyclique α.
Le transistor Q est passant pour t compris entre 0 et αT et bloqué entre αT et T.

Etude du fonctionnement :

Pour 0 < t < αT :
Q passant -> u(t) = uQ(t) = 0 ; i(t) = iD(t) = 0 ; uD(t) = -u’(t) ; iQ(t) = iL(t)

Pour αT < t < T :
Q bloqué -> u(t) = uQ(t) = u’(t) ; i(t) = iD(t) = iL(t) ; uD(t) = 0 ; iQ(t) = 0

En passant aux valeurs moyennes, il est possible d’obtenir une relation entre les valeurs moyennes de la tension d’entrée et de sortie :

Or, si l’on considère la valeur moyenne de u’(t) étant égale U’ correspondant à la tension souhaitée en sortie. Cette expression devient :

En considérant cette expression et le fait que α sera compris entre 0 et 1, il est possible de remarquer que la tension de sortie sera amplifiée d’un rapport 1/(1-α) .
Cette déduction permet de valider ce choix de circuit, car il permet de réaliser la fonction attendue.

3.2. CONTRAINTE SUR L’INDUCTANCE¶

Comme exprimé dans la section 2, l’inductance a un rôle crucial, celui d’emmagasiner de l’énergie et de la restituer au moment propice. De plus, l’inductance va permettre de lisser le courant d’entrée. Ce point est important, car si le composant est mal dimensionné, le courant d’entrée repassera par zéro, ce qui correspond à un arrêt de transfert d’énergie et à une perte d’efficacité voire même à une défaillance du convertisseur.

Afin d’éviter cela il est important de définir une contrainte sur l’inductance afin de limiter les variations de courant et d’ainsi éviter la problématique de démagnétisation totale.

Etude des variations de iL :
Les variations peuvent assimilée au cycles de charge et de décharge de l’inductance. Sa forme caractéristique est visible sur la figure ci-dessous :

Figure 3 : Evolution du courant iL dans le temps

Ainsi, il est possible de définir l’expression de iL(t) en fonction de la phase de fonctionnement du système. En effet :
Pour 0 < t < αT :

Pour αT < t < T :

Or, i_L (t) étant périodique, en régime établi i_L (T)=i_0. Ainsi, il est possible de définir l’ondulation de iL en appliquant ces expressions à t=T.

En introduisant l’expression (1), il est possible de définir cette ondulation en fonction de la tension d’entrée. L’expression finale est :

Au final, afin de minimiser l’ondulation, il faudra respecter la condition suivante avec I la valeur moyenne du courant de sortie :

L’expression (2) permet de définir une contrainte sur l’inductance en se basant uniquement sur des éléments défini par le cahier des charges et par le système.

3.3. CONTRAINTE SUR LE CONDENSATEUR¶

3.4. CONTRAINTE SUR LES SEMIS-CONDUCTEURS¶

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4. CHOIX DES COMPOSANTS¶

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5. CONCLUSION¶