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PROJET DE FIN D’ANNÉE Génie des Systèmes Embarqués Sous le thème Conception d C

PROJET DE FIN D’ANNÉE Génie des Systèmes Embarqués Sous le thème Conception d Conception d’un convertisseur DC-DC avec un système MPPT ’un convertisseur DC-DC avec un système MPPT & & La génération de code avec Matlab-Simulink La génération de code avec Matlab-Simulink Réalisé par M. GARBA CHIPKAO Mahamadou Roufai Soutenu le 24 octobre 2022 devant le jury: Pr. DIOURI Omar Examinateur et Encadrant Pr. SENHAJI Saloua Examinatrice Remerciement Tout d’abord nous tenons à remercier le bon Dieu qui nous a permis de faire ce stage dans les meilleures conditions qui soient et la rédaction de ce rapport. Nous remercions aussi l’Université Privée de Fès pour la qualité de sa formation et de nous avoir offert l’opportunité d’effectuer notre stage au sein de l’Université. Nous tenons ensuite à remercier Nos parents qui nous ont supporté depuis le début de notre parcours. Nos remerciements s’adressent aussi à notre encadrant Pr DIORI Omar, enseignant chercheur à l’UPF et docteur en électronique pour tout le temps qu’il nous a consacré pour voir la fin de ce projet avec succès. Nous tenons aussi à témoigner notre gratitude à tous nos professeurs plus précisément au Pr BEN SASSI Hicham, Pr à la FSI UPF et à M. Rachidi, pour toute l’aide qu’ils nous ont apporté tout au long de ce stage bien que nous soyons en vacances. Génie des Systèmes Embarqués 2 Sigles et abréviations CH-On : commutateur fermé CH-Off : Commutateur ouvert. PV : Panneau Photo voltaïque. I/0 : Input- Output. MPP : Maximum Power Point MPPT : Maximum Power Point Tracking InCond : Incremental conductance P&O : Perturb and Observe PSO : Practical Swarm Optimization 3D : 3 dimentions DC : Direct current. Voc : Open circuit Voltage. Isc : Short-Circuit Current. Vmp : Voltage at maximum power point. Imp : Current at maximum power point. VL : Inductor voltage. Vs = U : Source voltage. VLOAD : Load voltage. VD : Diode voltage. IL : Inductor Current. Id : Diode Current. ICH : courant de commutateur pF = picoFarads. µF = microFarads. MOSFET : metal–oxide–semiconductor field-effect transistor. IGBT : insulated-gate bipolar transistor. VGS : Gate-source voltage. VDS : Drain-source voltage. BJT : Bipolar Junction Transistor. GTO : Gate turn-off thyristor. MCT : MOS-controlled thyristor. Cin : Input capacitance. Cout : Output capacitance. Vin : Input voltage. Vout : Output Voltage. Fs : Switch frequency. ΔIL : Inductor Ripple Current. L : Inductor. mH : millihenry Génie des Systèmes Embarqués 3 ΔVout : desired output voltage ripple FCO : Algorithm Based on the Measurement of a Fraction of the Voltage Voc PWM : Pulse-width modulation. DC : Duty cycle PPERTE : Puissance de perte. Génie des Systèmes Embarqués 4 Liste de figures Figure 1 : Projet global Figure 2 : Buck converter_CH-On Figure 3 : Buck converter_CH-Off Figure 4 : Courbe des grandeurs d’un Buck converter Figure 5 : Symbole d’un Transistor MOSFET Figure 6 : Nouveau schéma d’un Buck converter Figure 7 : Schéma de Buck converter sur Matlab Figure 8 : Configuration de PV sur Matlab avec nos données Figure 9 : Courbe de PV nous montrant le MPP Figure 10 : Schéma de Buck converter sur Matlab Figure 11 : Puissance I/O de MPPT avec l’algorithme InCond Figure 12 : Puissance I/O de MPPT avec l’algorithme PSO Figure 13 : Puissance I/O de MPPT avec l’algorithme P&O Figure 14 : Configuration de block pour rendre l’irradiation variable Figure 15 : Puissance I/O de MPPT avec l’algorithme InCond et irradiation variable Figure 16 : Puissance I/O de MPPT avec l’algorithme P&O et irradiation variable Figure 17 : Schéma de la partie à implémenter dans la carte Arduino Figure 18 : Diviseur de tension Figure 19 : Puce de capteur de courant : ACS712ELC-30A Figure 20 : Gate driver UCC27201 Figure 21 : Regulator 78L12 et 7805. Figure 22 : Schéma des composants sur Proteus ISIS Génie des Systèmes Embarqués 5 Liste de tableaux Tableau 1 : Niveaux de puissance et fréquence de commutation des semi-conducteurs Tableau 2 : Comparaison des algorithmes. Tableau 3 : Comparaison de résultats des algorithmes Génie des Systèmes Embarqués 6 Table de matières Remerciement.............................................................................................................................................2 Sigles et abréviations..................................................................................................................................3 Liste de figures............................................................................................................................................5 Liste de tableaux.........................................................................................................................................6 Introduction.................................................................................................................................................9 Chapitre I. LES Différents Composants d’un BUCK CONVERTER......................................................11 I.1. Introduction d’un BUCK CONVERTER.......................................................................................12 I.2. Fonctionnement d’un BUCK CONVERTER................................................................................12 I.3. Les caractéristiques des composants d’un BUCK CONVERTER.................................................14 I.3.1. Condensateur..........................................................................................................................14 a) Condensateurs électrolytiques................................................................................................14 I.3.2. Bobine....................................................................................................................................14 I.3.3. Diode......................................................................................................................................14 I.3.4. Choix de commutateur commandé.........................................................................................15 a) Le transistor............................................................................................................................15 1. Les transistors à grille isolée ou MOSFET........................................................................15 2. Fonctionnement..................................................................................................................16 3. Comparaison entre les différents interrupteurs entièrement commandables.....................16 I.4. Calcul des valeurs des composants [4]-[5]....................................................................................18 I.5. Conclusion.....................................................................................................................................19 Chapitre II. ALGORITHME MPPT ET LA SIMULATION...................................................................20 II.1. Les différents types d’algorithmes................................................................................................21 II.1.1. Perturber et Observer (P&O)................................................................................................21 II.1.2. Incrément de la Conductance (InCond)................................................................................22 II.1.3. Particle Swarm Optimization(PSO).....................................................................................22 II.2. Implémentation de ces algorithmes et Simulation........................................................................23 II.2.1. Algorithme Incrément de la Conductance (InCond).............................................................25 a) Avec une irradiation fixe.........................................................................................................25 1. Algorithme Incremental Conductance................................................................................25 2. Algorithme Particle swarm optimization...........................................................................25 3. Algorithme Perturb and Observe........................................................................................25 b) Avec une irradiation variable..................................................................................................26 1. Algorithme Incremental Conductance (InCond)................................................................27 2. Algorithme Perturb and Observe........................................................................................27 3. Algorithme Practical Swarm Optimization........................................................................28 II.3. Tableau récapitulatif des algorithmes...........................................................................................28 II.4. Conclusion....................................................................................................................................29 Chapitre III. LA GÉNÉRATION DE CODE SUR SIMULINK ET LA CONCEPTION DE LA CARTE ...................................................................................................................................................................30 III.1. La génération de code avec Simulink..........................................................................................30 III.1.1. Implémentation de l’algorithme dans la carte.....................................................................31 III.1.2. Conclusion...........................................................................................................................31 III.2. La conception de la carte.............................................................................................................32 III.2.1. Les différents besoins..........................................................................................................32 a) Les inputs du microcontrôleur................................................................................................32 1. La tension du PV................................................................................................................32 2. Le courant de PV................................................................................................................34 Génie des Systèmes Embarqués 7 b) Les outputs du microcontrôleur..............................................................................................34 c) Alimentation de microcontrôleur............................................................................................35 III.3. Schéma global de Buck converter...............................................................................................35 III.3.1. Conclusion...........................................................................................................................36 CONCLUSION GÉNÉRATION...............................................................................................................37 Référence..................................................................................................................................................39 Génie des Systèmes Embarqués 8 Introduction L’électronique de puissance étudie les dispositifs réalisant la conversion et le contrôle de l’énergie. Ces dispositifs, appelés convertisseurs statiques, permettent le transfert de l’énergie électrique entre un générateur et un récepteur souvent de nature différente. Leur rôle consiste à adapter la source d’énergie aux exigences de la charge. Pour cela, ils sont amenés à modifier les caractéristiques des grandeurs transmises (tension, fréquence…) voire même à changer la forme de l’énergie (continu, alternatif…). Les convertisseurs DC-DC comme leurs noms indiquent sont des convertisseurs statiques continu- continu, permettant de générer une source de tension continue fixe à partir d’une source de tension continue variable. Ils se composent de condensateurs, d’inductance et d’interrupteurs statiques. Ils consomment moins de puissance. Ils sont largement utilisés dans les équipements pour munir en puissance plusieurs instruments électroniques comme les PC, et aussi en applications spécialisés de la haute puissance telle que le chargement des batteries, la gravure, la soudure, …etc. En plus du contrôle et la transformation d’un abaisseur ou élévateur de tension continue, les circuits convertisseurs DC/DC peuvent aussi engendrer une isolation de tension à travers un petit transformateur à haute fréquence Il existe principalement deux types de convertisseur DC-DC en fonction des besoins et de la tension d’entrée : BOOST CONVERTER où le système permet d’élever la tension de sortie ; BUCK CONVERTER quant à lui il permet d’abaisser la tension de sortie. Les convertisseurs sont vendus partout sur le marché mais la plus part est conçue pour de cas généraux ce qui entraine de fois une perte de puissance pour certains systèmes. L’objectif de notre travail est l’exploitation de la puissance maximale de deux Panneaux Photovoltaïques montés en parallèles sur n’importe quelle condition (Irradiation, température) qui soit. Sous une irradiation de 1000w/m2 et une température de 25°C un PV peut nous fournir une puissance maximale Pmax de 420W, une tension en charge Vmp de 40,9V et un courant Ioc de 10,27A donc avec deux PV en parallèle le courant des multiplie en 2 Isc = 20,54A avec la même tension de 40,9V ce qui nous donne une puissance de 840W. Le but est d’après tout de charger deux batteries de 12V en série (24V) ce qui va nécessiter l’utilisation d’un BUCK CONVERTER pour adapter la tension aux batteries et d’un algorithme MPPT comme l’entrée n’est pas stable. La figure 1 nous montre les deux PV en //, le BUCK CONVERTER et le MPPT (la partie de notre travail) et les deux batteries. Génie des Systèmes Embarqués 9 Figure 1 : Projet global Dans le premier chapitre nous allons voir les différents l’étude d’un BUCK CONVERTER, ensuite l’algorithme MPPT à utiliser ainsi que la simulation et enfin au dernier chapitre la génération de code sur Simulink et la conception de la carte. Génie des Systèmes Embarqués 10 CHAPITRE CHAPITRE I. I. LES Différents Composants d’un LES Différents Composants d’un BUCK CONVERTER BUCK CONVERTER Génie des Systèmes Embarqués 11 I.1. Introduction d’un BUCK CONVERTER La façon la plus simple de diminuer une tension est d'utiliser un diviseur de tension, mais les diviseurs de tension, dissipant sous forme de chaleur l'excès de tension, possèdent un faible rendement ce qui est un grand inconvenant pour les applications d'électronique de puissance. Un convertisseur Buck quant à lui possède un fort rendement (jusqu'à 95%), et offrant la possibilité de réguler la tension de sortie, est par conséquent plus adapté pour uploads/Geographie/ rapport-de-stage 7 .pdf