ÉTUDE PARTIELLE DE LA FONCTION ANNEXE ALIMENTATION BOOST

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1 ÉTUDE PARTIELLE DE LA FONCTION ANNEXE ALIMENTATION BOOST I. RAPPEL FONCTIONNEL : secteur CD_BOOST CD_ANA Elaboration des tensions d'alimentation FA ANA_CTN ANA_VBATNC +BOOST_F +BOOST VBATNP VBATNC VBAT FA : Élaboration des tensions d alimentation. Produit à partir de la tension secteur (réseau EDF) et/ou de la batterie les différentes tensions d alimentation nécessaires au fonctionnement des différentes structures électroniques et à l entretien de la charge de la batterie. +3V +5V Limite de l étude : L étude de la fonction annexe est limitée à la structure permettant d obtenir l alimentation notée BOOST. II. CAHIER DES CHARGES DE L ALIMENTATION BOOST : Voici un extrait du cahier des charges de l alimentation BOOST : VBAT est une tension continue comprise entre +5,5V et +9V. La tension +BOOST vaut +3,7V +/- V quand le signal CD_BOOST est actif ( +5V ). La tension +BOOST vaut +24,8V +/- V quand le signal CD_BOOST est inactif ( 0V ). L'ondulation résiduelle de la tension +BOOST est inférieure à +/-200mV. L'alimentation +BOOST délivre un courant de 0 à 400 ma sous 3,7V et de 0 à 200mA sous 24,8V( en fonction de l'état du signal CD_BOOST ). Le temps d'établissement à 90% de la tension +BOOST est inférieur à 20 ms. Étude de l alimentation BOOST Page / 9

2 III. SCHÉMA STRUCTUREL : Étude de l alimentation BOOST Page 2 / 9

3 PREMIÈRE PARTIE : ÉTUDE STRUCTURELLE IV. ÉTUDE STRUCTURELLE DE L ALIMENTATION BOOST : IV.. ÉTUDE DE GÉNÉRATION DU SIGNAL D HORLOGE : L oscillateur est réalisé à l aide du circuit intégré ICM7555 (U2) et ses composants associés. La sortie est notée OSC sur le schéma structurel. OSC À partir de la documentation technique du circuit donnée en annexe : Q. Dans quel mode de fonctionnement le composant ICM7555 est-il ici utilisé? Q 2. Déterminer les valeurs de la fréquence et du rapport cyclique du signal de sortie OSC. IV.2. ÉTUDE DU CONVERTISSEUR ÉLÉVATEUR : Note : Le cours sur l alimentation BOOST se trouve en annexe «Convertisseur Élévateur3». Dans un premier temps, on cherche à connaître la valeur maximale théorique que l on peut obtenir avec un simple montage convertisseur élévateur de tension. Il ne s agit pas ici de réaliser l étude théorique de cette structure mais uniquement d utiliser les résultats de celle-ci qui est fournie en annexe. Dans cette partie, on considère que le signal OSC est directement relié à GATE, donc : GATE = OSC Étude de l alimentation BOOST Page 3 / 9

4 À l aide de l annexe et sachant que l on se place dans le cadre de la conduction continue : Q 3. Trouver et donner la relation entre la sortie BOOST, l entrée VBAT et le rapport cyclique du signal GATE. Q 4. Calculer les valeurs théorique de BOOST pour VBAT comprise entre +5,5V et +9V. Q 5. La valeur de la tension BOOST théorique est-elle compatible avec les exigences du cahier des charges? IV.3. ÉTUDE DE LA RÉGULATION DE TENSION : Le convertisseur élévateur vu précédemment permet d obtenir une tension BOOST plus élevée que la tension d entrée VBAT. Pour régler la valeur de la tension BOOST précisément aux valeurs fixées par le cahier des charges, le constructeur a réalisé un montage qui permet de réguler la tension BOOST en fonction du signal de commande CD_BOOST. Pour cela, on compare la valeur de BOOST avec les valeurs de références, quand la valeur voulue est atteinte, on coupe l élévateur en retirant le signal de l oscillateur. On remet en marche l élévateur dès que BOOST devient inférieure à la valeur attendue. VBAT Elévation de la tension GATE BOOST Validation du signal d'horloge COMP comparaison Vref élaboration des tensions de référence CD_BOOST Génération du signal d'horloge OSC Étude de l alimentation BOOST Page 4 / 9

5 IV.3.. ÉTUDE DE LÉLABORATION DES TENSIONS DE RÉFÉRENCE : On se considère en régime continu donc on pourra négliger l influence du condensateur C83. Q 6. Calculer les valeurs de Vref pour CD_BOOST à 0V puis à 5V IV.3.2. ÉTUDE DE LA COMPARAISON : La comparaison est réalisée à l aide du comparateur intégré LM393 (U5). Q 7. Quel le type de sortie du LM393? Quel est le rôle de la résistance R95? Q 8. A quelle condition la sortie COMP est-elle à un niveau logique haut? En déduire les valeurs de BOOST qui permettent d avoir COMP à un niveau logique haut pour CD_BOOST = 0 puis pour CD_BOOST =. IV.3.3. ÉTUDE DE LA VALIDATION DU SIGNAL D HORLOGE : Cette structure permet de ne valider le signal d horloge permettant le fonctionnement du convertisseur élévateur, que lorsque la tension BOOST est inférieure à la valeur attendue. Q 9. Compléter la table de vérité de la sortie GATE (document réponse page 6 ) ; Q 0. Compléter le chronogramme du signal GATE (document réponse page 6 ) ; Q. Conclusion : pour quelle valeur de COMP le signal d horloge est-il présent pour l élévateur de tension? IV.3.4. SYNTHÈSE : Q 2. Recopier en complétant ce texte : «CD_BOOST = 0 : Lorsque COMP = 0, le signal d horloge est, l élévateur est donc en et BOOST augmente. Lorsque BOOST est égale à, COMP passe à un niveau logique haut et le signal d horloge est et GATE =. BOOST commence à diminuer, Ve+ devient inférieure à et COMP repasse donc à un niveau logique haut. Le signal d horloge est alors à nouveau, l élévateur fonctionne à nouveau et BOOST augmente. Et ainsi de suite La valeur de BOOST est donc toujours proche de Avec le même raisonnement, lorsque CD_BOOST =, on a alors BOOST =» Étude de l alimentation BOOST Page 5 / 9

6 NOM : DOCUMENTS RÉPONSES QUESTION Q9 : COMP OSC GATE QUESTION Q0 : 0 t (s) 0 t (s) 0 t (s) Étude de l alimentation BOOST Page 6 / 9

7 DEUXIÈME PARTIE : VALIDATION PAR SIMULATION Dans cette partie, on se propose de valider par la simulation le fonctionnement de cette alimentation BOOST. Pour cela, on se limitera à l étude de la valeur de la tension de sortie, de la valeur du courant maximum de sortie et du temps d établissement. V. SCHÉMA DE SIMULATION : VBAT VBAT C9 00uF GATE L2 47uH RL D U0 VSWITCH MBR6045WT VCC C7 00uF VCC BOOST BOOST Ve+ VCC R66 240k R87 30.k IS 0. VCC U4:D & U4:B & 74HC R95 47k COMP 8 4 U5:A 3 2 TLC393 R03 220k Vref R96 50k Vref R43 270k U26:B HC4 74HC00 8 U4:C & 74HC OSC OSC CD_BOOST CD_BOOST Le modèle de simulation du transistor MOS SI442DY n étant pas disponible, on le remplace par un interrupteur commandé en tension (VSWITCH dans le logiciel ISIS). Tous les paramètres peuvent être laissés à «(Default)» sauf «OnResistance» qui doit être fixée à Le modèle de simulation de la diode schottky MBRA30LT3 n étant également pas disponible, on la remplace par une MBR6045WT dont le modèle existe dans ISIS. Le montage du circuit ICM7555 est remplacé directement par une horloge, uniquement pour alléger les simulations. Étude de l alimentation BOOST Page 7 / 9

8 L inductance L2 n étant pas parfaite, on ajoutera une résistance de? en série. Le courant de sortie sera réalisé à l aide d une source de courant (CSOURCE dans ISIS) qui sera dans un premier temps fixée à 00mA. On n oubliera pas la tension d alimentation VCC fixée à +5V. Pour chacune des simulations suivantes à réaliser, il vous est demandé de préciser votre procédure de test en donnant toutes les indications que vous jugerez nécessaires à la bonne compréhension de votre travail. Vous devez donc choisir par vous-même un certain nombre de paramètres. Vous n oublierez pas de justifier ces choix. De même, vous prendrez soin de reporter vos résultats en les commentant. VI. VARIATION DE LA TENSION D ENTRÉE VBAT : Dans un premier temps, vous allez simuler la variation de la tension d entrée et vérifier que la tension de sortie ne varie pas. Les simulations à réaliser, sont des simulations temporelles ANALOGIQUES. Pour cette partie, une simulation sur 0 ms est suffisante. Q 3. Pour les 2 valeurs extrêmes de VBAT ET pour les 2 valeurs de CD_BOOST vérifier que la valeur de la tension de sortie BOOST correspond bien à la valeur spécifiée dans le cahier des charges. VII. VALEUR DU COURANT DE SORTIE MAXIMUM : Le but, ici, est de vérifier que l alimentation BOOST peut fournir le courant maximum préconisé dans le cahier des charges tout en respectant les valeurs de tensions de sorties. Q 4. Pour la valeur minimum de VBAT ET pour les 2 valeurs de CD_BOOST, vérifier que la tension de sortie BOOST respecte bien la valeur spécifiée dans le cahier des charges avec le courant de sortie MAXIMUM. Étude de l alimentation BOOST Page 8 / 9

9 VIII. VÉRIFICATION DES TEMPS D ÉTABLISSEMENT : Le but est de vérifier que le temps d établissement de la tension de sortie répond bien au cahier des charges. Pour le vérifier, vous allez réaliser une simulation en plaçant un générateur d impulsion sur l entrée CD_BOOST en respectant les paramètres suivants : La simulation se fera sur 60ms avec un courant de sortie de 200mA. Q 5. Réaliser la simulation et mesurer le temps d établissement à 90% et vérifier qu il répond bien aux exigences du cahier des charges. On rappelle que le temps d établissement à 90% est le temps mis par un signal, à partir de la commande qui le fait varier, pour atteindre 90% de sa valeur finale. IX. VALIDATION DE LA RÉGULATION : Le but est juste de vérifier ce qui a été vu dans la partie théorique. Refaire la simulation précédente mais en visualisant les signaux BOOST, COMP et GATE en même temps. Vérifier le fonctionnement vu en théorie. Étude de l alimentation BOOST Page 9 / 9