III.1 Association d'un système de câblage
à un convertisseur DC-DC
L'opération de découpage est la base de la
majorité des systèmes de distribution d'énergie dans les
systèmes électroniques embarqués. Allant de
l'aéronautique à l'automobile, le besoin est le même :
distribuer l'énergie nécessaire vers les appareils
électroniques qui fonctionnent à différents niveaux de
tensions. Notre choix s'est orienté vers l'étude d'un
convertisseur DC-DC de type série (Buck).
Figure V : Topologie du convertisseur étudié
Dans cette partie, nous nous intéressons à une
association entre un système de câblage et ce convertisseur DC-DC.
Dans cette association nous projetons d'étudier les deux types
d'émissions EM: conduites et rayonnées. La Figure VI montre la
procédure adoptée pour aboutir à ces émissions
EM.
Figure V - Association DC-DC et système de
câblage
La topologie du hacheur série étudié est
composé d'un filtre L-C qui assure évidemment le filtrage du
signal découpé. Ce filtrage est de type passe bas qui moyenne le
signal découpé de façon à avoir une tension
continue et fixe à la sortie. Cette tension de sortie est la tension aux
bornes du condensateur C et est donnée par la relation (32).
Figure VI - Modélisation des émissions EM
conduites et rayonnées du câblage associé
au
convertisseur DC/DC
Dans la relation (32), E est la tension d'entrée du
convertisseur. Elle est une source de tension fournie par une batterie 12V.
Comme toute alimentation à découpage, les
perturbations EM sont produites lors de la commutation dans le convertisseur de
puissance. Elles traversent le filtre pour atteindre le système de
câblage. La méthode PEEC est utilisée pour l'obtention du
circuit équivalent à partir duquel nous déterminons
l'impédance d'entrée nécessaire à la
modélisation des émissions EM conduites mais aussi la
détermination des courants dans toute la structure de câblage. La
détermination des émissions EM à partir de ces courants
est faite à l'aide du calcul analytique 3-D basé sur la
série de Maclaurin développé et validé dans le
second chapitre. Dans ce type d'alimentation à découpage et comme
toute alimentation à découpage, les transistors de commutation
fonctionnent en mode saturé ou bloqué. Lorsque le transistor est
saturé, la tension est presque nulle (tension due à la
résistance RDSon) et le courant est non nul. Lorsqu'il est
bloqué, la tension est non nulle et le courant (courant de fuite) est
presque nul surtout qu'on est à basse tension.
Sur une période T, le transistor NMOS s'ouvre pendant
???? ?? et se ferme pendant (1-??)T où ?? est le rapport cyclique qui
est défini par (31).
??????
?? = (31)
??
?? ?? = ???? (32)
Une ondulation est observée au niveau de la tension de
sortie. Cette ondulation ????? est une fonction de la fréquence de
découpage, du rapport cyclique, de l'inductance, de la capacité
et de la tension d'entrée. Elle s'écrit sous la forme de
l'équation (33). Elle permet d'estimer la valeur d'ondulation qu'on
souhaite
généralement faible. Ceci permet le dimensionnement
correct du filtre de sortie du convertisseur DC-DC. Elle est donnée par
:
????? = (1-??).E (33)
8.??????????0???2 ???
Figure VII : Illustration des formes d'onde : (a) la tension de
commande (b) la tension aux bornes de la
diode, (c) le courant dans la
bobine, et des ondulations : (d) du courant et (e) de tension de sortie
Figure VIII - Convertisseur de puissance DC/DC
(TPS5420EVM-175)
Le convertisseur DC/DC utilisé, dans ce suit, est le
TPS5420EVM-175. Ce convertisseur fournit pour toute charge une tension
"constante" égale à 5V pour toute tension d'entrée variant
entre 5V et 32V. Afin d'assurer l'obtention de la tension 5V en sortie, Ce
convertisseur utilise un régulateur (TPS5420).
Ce dernier circuit permet la modulation de largeur d'impulsions
(MLI) nécessaire pour la fixation de tension à 5V quelle que soit
la tension d'entrée.
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