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Université Montpellier 2 - Master 2 EEA Ingénierie Electrique et Fiabilité des

Université Montpellier 2 - Master 2 EEA Ingénierie Electrique et Fiabilité des Systèmes TP M2_308 1 VRM 3 voies PSIM 2016.doc 20/11/15 16:11 HMEE 308 Alimentations des systèmes embarqués 1/3 Université de Montpellier - Master 2 EEA Ingénierie Electrique et Fiabilité des Systèmes HMEE 308 Alimentations des systèmes embarqués Sujet de TP PSIM Voltage Regulation Module (VRM) : hacheur série entrelacé 3 voies Partie 1 : Étude par simulation PSIM 1. Introduction Nous nous intéressons ici à un VRM (Voltage Regulation Module) basé sur une structure de hacheur série avec 3 voies entrelacées. Dans la pratique le nombre de voies est souvent plus élevé, il a été ici limité à 3 pour des raisons de facilité de mise en œuvre de la partie expérimentale du TP. Hacheur série à 3 voies entrelacées. Cahier des charge du système réel : VE = 6V VS = 1,2V PS = 100W Fdéc = 100kHz ∆vS = 1% de VS Pour des raisons de matériel pour la partie expérimental le cahier des charges est modifié : VE = 60V VS = 12V PS = 100W Fdéc = 10kHz L = 470µH C = 35µF Dans la réalité le rapport cyclique α est généré par un circuit de régulation pour maintenir la tension de sortie VS constante lors des fluctuations de la tension d'entrée. Dans ce TP, l'ajustement du rapport cyclique se fera manuellement pour maintenir une tension de sortie constante. Dans un premier temps on omettra le filtre d'entrée. Il sera étudié à la fin du TP pour les étudiants qui auront eu le temps de traiter le reste du sujet. 2. Modélisation dans PSIM 2.1. Ordres de commandes Les 3 bras d'onduleur (hacheurs 2 quadrants - réversible en courant) sont commandés par trois sources de tension rectangulaires avec le même rapport cyclique α et de même fréquence F. Dans le cas de la commande entrelacés avec 3 voies ces ordres de commandes sont décalés entre eux d'un tiers de période (120°). Université Montpellier 2 - Master 2 EEA Ingénierie Electrique et Fiabilité des Systèmes TP M2_308 1 VRM 3 voies PSIM 2016.doc 20/11/15 16:11 HMEE 308 Alimentations des systèmes embarqués 2/3 2.2. Inductance de sortie Pour assurer une répartition équilibrée du courant de sortie dans les trois voies (trois inductances de sortie) il est indispensable que les rapports cycliques des 3 hacheurs élémentaires soient rigoureusement identiques. Dans la réalité les inductances présentent une faible résistance interne. Dans la simulation ces résistances internes doivent être modélisées pour permettre l'équilibrage des courants lors de la phase de démarrage (régime transitoire). Pour déterminer la valeur de ces résistances on supposera que la chute de tension dans ces résistances interne est égale à 1% de la tension de sortie à la puissance nominale. 2.3. Fichier de paramètres On profitera de ce sujet pour apprendre à utiliser les fichiers de paramètres PSIM (Parameter File dans le menu Elements/Other). Ceci permet une plus grande souplesse et un gain de temps important lors des modifications de paramètres. Exemple ci-dessous : sur le schéma les valeurs des trois inductances de sorties RL1, RL2 et RL3 sont L. C'est dans le fichier de paramètres que l'on donne une valeur numérique à L. Cette valeur L pourrait aussi être le résultat d'un calcul formulé dans le fichier paramètres. Ce type de calcul a été fait ici pour la valeur de la résistance de charge Rcharge dépendant de la puissance P souhaitée et de la tension de sortie α.Ue. 2.4. Paramètres de simulation : Simulation control La boite de dialogue "Simulation control" sert à paramétrer les conditions de simulation. Il est indispensable de bien choir le pas de calcul (ordre de grandeur : 1/100 de période de découpage) et le temps de calcul total pour atteindre le régime permanent. Le paramètre "print time" permet de décaler le début de l'affichage des résultats. 2.5. Affichage dans Simview Les échelles des courbes devront être correctement choisies. Les paramètres d'affichage peuvent être enregistrés (Settings/Save Settings) ou mémorisés temporairement (Settings/Save Temporary Settings). Ceci permet de les rappeler (Settings/Load Temporary Settings) pour retrouver les échelles choisies. Utiliser de préférence un échelle débutant à zéro quand le courant ou la tension est unidirectionnel pour mieux apprécier les amplitudes. Université Montpellier 2 - Master 2 EEA Ingénierie Electrique et Fiabilité des Systèmes TP M2_308 1 VRM 3 voies PSIM 2016.doc 20/11/15 16:11 HMEE 308 Alimentations des systèmes embarqués 3/3 3. Calculs analytiques Ces calculs pourront être faits après la séance de TP, la priorité étant d'effectuer toutes les simulations pendant la séance. 3.1. Rappeler les relations entre les tensions moyennes UE, US, et le rapport cyclique α. Calculer les valeurs numériques. 3.2. Rappeler les relations entre les courants moyens IE, IS, et le rapport cyclique α. Calculer les valeurs numériques. 3.3. Déterminer l'ondulation de courant dans une phase au régime nominal. 3.4. Déterminer l'ondulation de courant totale au régime nominal. 3.5. Déterminer l'ondulation de la tension de sortie au régime nominal. 3.6. Reprendre tous les calculs précédents lorsque la tension d'entrée UE est de 30V seulement. 4. Filtrage de sortie en mode entrelacé Etudier complètement le filtre de sortie au régime nominal. Donner les valeurs des amplitudes d'ondulation de courant dans chaque inductance, d'ondulation de courant total, d'ondulation de tension de sortie, de courant dans le condensateur de sortie. Documenter le travail de simulation par des copies d'écrans de résultats avec des échelles bien choisies. 5. Filtrage de sortie en mode NON entrelacé Pour revenir à un simple hacheur série il suffit de supprimer les décalages temporels entres les commandes des 3 voies. Ceci revient à avoir un hacheur simple avec une seule inductance. Quelle est dans ce cas la valeur de cette inductance équivalente ? Quelle est la valeur moyenne du courant qui la traverse ? 6. Evolution de la tension d'entrée On revient en mode entrelacé. La tension d'entrée passe à 30V. Modifier le rapport cyclique pour maintenir la tension de sortie à 12V. Refaire le travail précédent sur le filtrage de sortie. 7. Filtrage d'entrée S'il reste suffisamment de temps de disponible, étudier le filtre d'entrée. Dans le cas contraire se contenter d'étudier les courants d'entrée du montage sans filtre d'entrée. Comparer le fonctionnement entrelacé avec le fonctionnement NON entrelacé. . uploads/Litterature/ tp-m2-308-1-vrm-3-voies-psim-2016.pdf