DESIGN ET RÉALISATION D’UN HACHEUR SURVOLTEUR (BOOST)

1. Objectifs

• Conception, réalisation et évaluation d’un hacheur survolteur (boost).


2. Description des travaux

Ce travail consiste à:
- Étudier  les données  techniques des composants:  le MOSFET  IRF3205,  la diode MBR340,  le
régulateur LM2578A, le tore magnétique 58848-A2.
- Faire la conception d’un hacheur survolteur (7 V -14 V) utilisant les différents composants précédents et estimer ses performances.
- Réaliser le montage du hacheur et vérifier les performances.

2.1 Préparation du TP (À faire avant d’arriver au laboratoire)
La configuration du montage à réaliser est montrée dans la figure suivante.

Les spécifications du hacheur survolteur sont:
- Tension d’entrée variant entre 7 V et 10 V
- Tension de sortie régulée à 14 V
- Puissance maximale de la charge 18 W (Résistance minimale de charge 11 Ω)
- Fréquence de hachage fs = 50 kHz


1. Analyse des caractéristiques de l’inductance L
L’inductance L est donnée et a les caractéristiques suivantes:
       Tore magnétique du type Magnetics 58848-A2
       Nombre de tours = 64
       Fil AWG 20 (longueur approximative 4.32 m)
- Calculer la valeur de l’inductance L et de sa résistance interne (à 25º C)
- Déterminer son courant maximal sans avoir de saturation magnétique
- Quelles seront les conséquences de la saturation magnétique dans le montage boost?
- Expliquer comment on peut vérifier l’absence de saturation magnétique lors du fonctionnement
en observant les formes d’ondes sur l’oscilloscope.

2. Analyse du fonctionnement du circuit LM2578A
Le  circuit  intégré LM2578A comprend un modulateur MLI, un circuit d’attaque  (driver)  et un
régulateur de tension.

Modulateur MLI
- Déterminer  la valeur du condensateur qu’on doit connecter entre  le pin 3 et  la masse pour
obtenir une fréquence de hachage de 50 kHz.

Circuit d’attaque
La sortie du LM2578A est un transistor NPN avec émetteur et collecteur libres. On doit ajouter
des résistances externes pour obtenir un signal d’attaque correct pour le MOSFET.
Deux configurations sont possibles.

- Expliquer le fonctionnement de ces deux configurations et comparer les caractéristiques qu’on
peut obtenir avec les deux circuits.
- Calculer les résistances Ra et Rg qui permettent d’amorcer et de bloquer le MOSFET en 150 ns
environ.


Régulateur de tension

Une  fraction  de  la  tension  de  sortie   est  retournée  vers  l’entrée  du régulateur. À l’équilibre, on devrait avoir

On déduit:
- Calculer la valeur des résistances R1 et R2 pour obtenir 14 V à la sortie.

3. Analyse du fonctionnement du hacheur survolteur
- Tracer en fonction du temps:
. la tension vL aux bornes de l’inductance
. le courant iL dans l’inductance
. le courants iT dans le MOSFET
. le courants iD dans la diode D
. le courant iC dans le condensateur C
. la tension vC aux bornes du condensateur C
- Calculer la valeur moyenne et l’ondulation du courant iL.
- Déterminer les valeurs maximales de la tension et du courant du MOSFET et de la diode. Véri-
fier que le MOSFET IRF3205 et la diode MBR340 répondent adéquatement à ces exigences.
- Déterminer le rapport cyclique α du hacheur.
- Estimer les pertes par conduction dans le MOSFET et dans la diode.
- Calculer l’ondulation de la tension de sortie.

L’analyse du fonctionnement du hacheur survolteur peut être assistée par la simulation du modèle
du système (incluant le régulateur de tension) dans Simulink utilisant SimPowerSystems.

2.2 Réalisation du hacheur survolteur
• Faire un schéma de câblage complet du montage.
• Construire le hacheur en utilisant une plaque de montage (breadboard).
2.3 Essais du hacheur survolteur
• Ajuster la tension d’entrée à environ 7 V. Laisser la sortie du hacheur en circuit ouvert.
- Mesurer la tension Vi et le courant Ii à l’entrée.
- Mesurer la tension de sortie Vo(sans charge)
• Connecter une charge R = 15 Ω à la sortie.
- Mesurer les tensions Vi, Vo et les courants Ii, Io.
- Observer et relever les formes d’onde des tensions VL, Vo et les courants IS, ID, IL.
- Observer et relever les ondulations du courant IL et celles de la tension de sortie Vo.
• Comparer  les  formes  d’onde  expérimentales  avec  les  formes  d’onde  théoriques. 
Donner des commentaires sur la différence ou la similitude des résultats.
• À partir des valeurs mesurées, calculer le facteur de régulation du régulateur:

 • Avec une charge de R = 15 Ω connectée, faire varier la tension d’entrée de 7 V à 10 V. Mesurer
la tension de sortie correspondante à Vi = 7 V et Vi = 10 V. Calculer le rapport

 Donner les commentaires sur cette valeur.
• À partir des formes d’onde obtenues, déterminer  l’amplitude des ondulations de  la  tension de sortie Vo. Déduire le facteur d’ondulation de Vo.
• À partir des formes d’onde obtenues, calculer la valeur réelle de l’inductance L. Comparer avec
la valeur calculée dans la partie 2.1.
• À partir des valeurs mesurées, calculer le rendement du convertisseur (à Io = 1 A):

 

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