Conception d un module de gestion d alimentation et de sa mise en réseau Par Isabelle BOUJAT et Matio PARENT Note d application Tuteur Technique : Jaques LAFFON Tuteur Industriel : Jean-Yves RIGNAULT Client : COOPER Safety (Groupe EATON) Jonathan BERNARD Pierre-Emmanuel PRADELLE Romain GAUDILLAT
Sommaire Table des figures... 2 1- Introduction... 3 2 - Une tension de sortie variable... 4 3 Les mesures... 5 3.1 Mesure de tension... 5 3.2 Mesure de courant de sortie... 5 3.3 Mesure de température... 5 4 - Le monitoring... 5 4.1 Modification de la valeur de la résistance... 5 4.2 Conversion analogique numérique... 6 5 La carte de régulation... 7 Table des figures Figure 1 : Schéma Alimentation... 4 Figure 2 : Variation de la tension en fonction du pas de résistance... 4 Figure 3 : Potentiomètre Numérique... 4 Figure 4 : Mesure de tension... 5 Figure 5 : Mesure de courant... 5 Figure 6 : Mesure de température... 5 2
1- Introduction Dans le cadre de nos études de 4 ème et 5 ème année de cycle ingénieur en Génie Electrique à Polytech Clermont-Ferrand, nous avons travailler sur des problématiques d'entreprise afin de compléter notre formation professionnelle.. En collaboration avec Cooper Safety, spécialiste dans les dispositifs de sécurité anti-incendie, une nouvelle méthode permettant d'alimenter une charge grâce à plusieurs alimentations est en cours de développement. Actuellement chaque sirène fonctionne grâce à une alimentation unique. Le problème rencontré est que si cette alimentation tombe en panne le jour d un incendie ou que des opérations de maintenance doivent être réalisées sur celle-ci, alors l'avertissement sonore n'est plus garanti. De plus les alimentations ne débitent pas forcément une tension suffisante pour la charge sur laquelle elles sont branchées. Cooper Safety souhaite donc réaliser une mise en parallèle de 3 alimentations pour plus de sécurité. Avec ce système si l une des cartes (alimentation) tombe en panne, les deux autres prendront le relais pour garantir le fonctionnement de la sirène, de plus la mise en parallèle des alimentations permettra d augmenter la puissance débitée sur la charge. Cette note d application va présenter les différentes solutions aux problématiques posées par la mise en parallèle et pour finir, une brève explication de comment utiliser la carte. 3
141 138 135 132 129 126 123 120 117 114 111 108 105 102 99 96 93 90 87 84 81 78 Tension en Volts Conception d un module de gestion d alimentation et de sa mise en réseau Note d application 2 - Une tension de sortie variable Actuellement les alimentations que nous avons a notre disposition on une tension de sortie fixe (24 ou 48V). Afin d avoir une tension de sortie variable (48 +/- 8V) nous allons modifier le schéma initial de ce montage en remplaçant la résistance fixe entouré sur la figure 1 par un potentiomètre numérique. Figure 1 : Schéma Alimentation Le potentiomètre numérique choisi à une valeur maximum de 2,5KOhms et 256 pas de variations. Ce qui nous donne un pas de résistance de 9.76Ohms. Grace à ceci nous pouvons faire varier la tension de 40 à 56V avec un pas de tension de 0.49V. Comme on peut le voir sur la figure 2, nous avons 64 pas utiles sur 256 pour la variation de tension voulue. 60 55 50 45 40 35 Figure 2 : Variation de la tension en fonction du pas de résistance Le potentiomètre numérique choisis est celui présenté en figure 3. Il fonctionne avec le protocole I2C. Nous utilisons les sorties W1 et B1 pour la résistance. Figure 3 : Potentiomètre Numérique 4
3 Les mesures Nous allons présenter ici les différentes solutions choisies pour effectuer les différentes mesures. 3.1 Mesure de tension Afin de mesurer la tension de sortie de chaque alimentation, nous allons utiliser un pont diviseur de tension comme le montre la figure 4. Les résistances R1 et R2 sont choisis de tel façon que la tension envoyée sur la branche AN1 du microprocesseur sera inférieur a 5V. Une diode zener est mise en parallèle a la résistance R2 afin de proteger le PIC contre les surtensions. Figure 4 : Mesure de tension 3.2 Mesure de courant de sortie Le courant est mesuré grâce au composant MAX4080 présenté en figure 5. Ce composant mesure la chute de tension aux bornes de la resistance Rsense (0.5Ohms) et l amplifie avec un gain de 5V/V. Conaissant la tension et la résistance nous pouvons donc déterminer le courant qui la traverse. Figure 5 : Mesure de courant 3.3 Mesure de température Nous avons choisi le composant présenté en figure 6. Celui-ci fonctionne avec le protocole I2C et à une précision de 1 C. 4 - Le monitoring Figure 6 : Mesure de température Pour réaliser le monitoring de l alimentation nous allons utiliser un PIC18F25K80. Nous allons présenter ici les fonctions réalisées par le PIC. 4.1 Modification de la valeur de la résistance La modification de la valeur de la résistance est réalisée via le protocole I2C en fonction de la consigne donnée par l utilisateur. Pour cela on modifie la valeur de la variable «consigne» dans le programme et celui-ci calcul le nombre de pas de résistance nécessaire avec la formule suivante : nb_pas = 19392000 /(2500 * (consigne - 1.25)) Le programme permettant de calculer le nombre de pas est le suivant : 5
Une fois le calcul réalisé ce nombre de pas est renvoyé au potentiomètre numérique via le protocole I2C. Nous utilisons les fonctions prédéfinies dans la bibliothèque pour réaliser la communication I2C. Le programme de cette communication est le suivant : 4.2 Conversion analogique numérique Pour réaliser les mesures de tension et de courant nous avons besoin de réaliser une conversion analogique / numérique. Les deux capteurs de mesure sont connectés aux ports AN0 et AN1 du PIC. Nous allons donc réaliser le programme suivant : 6
Dans cet exemple on réalise uniquement la conversion de l entrée AN0, néanmoins le principe sera le même pour l entrée AN1. 5 La carte de régulation Comme on peut le voir sur la figure 7, la carte de régulation peut se décomposer en 4 parties distinctes (Communication CAN, PIC18F, Mesures Tension/Courant et Rhéostat numérique). Figure 7 : Carte de régulation 7
Pour utiliser la carte que nous avons réalisée il faudra la connecter de la façon suivante : Figure 8 : Câblage de la carte de régulation 8