ECUE XSE821 - Alimentation embarquée

UE Sciences de spécialité S8 - 3 ECTS



 Structure & Enseignants
Type
Heures
Enseignants Associés
CM 12 (x1)
 Jean-Jacques Huselstein 12h
TD 12 (x1)
 Jean-Jacques Huselstein 12h
TP 24 (x2)
 Jean-Jacques Huselstein 48h


 Description
Enseignant Responsable Jean-Jacques Huselstein
THE 50
Description ECUE

Etude de l'électronique de puissance avec des applications orientées vers l'alimentation de circuits électroniques embarqués.

Mots clés Convertisseurs DC-DC (hacheurs)
Alimentations à découpage Forward et Flyback
Redresseur PFC
Filtrage (puissance)
Modalités de contrôle
  • Evaluation en contrôle continu.
  • Partie théorique : 2 examens partiels
  • Partie pratique : notes de comptes rendus de TP par binômes + appréciation individuelle en séances de TP + examen pratique individuel en fin de série de TP
  • Pondération : 65% théorie et 35% TP
Contexte

Ce cours se situe dans le contexte de la problématique de l'alimentation des systèmes embarqués.

L'accent est mis sur les structures et applications correspondant aux alimentation de circuits électroniques d'équipement embarqués (ordinateur portable, instruments, calculateurs, tout équipement électronique ...). Les alimentations à partir du réseau alternatif 230V 50Hz (chargeurs) sont également étudiées. L'alimentation d'actionneurs électriques est rapidement abordée (moteurs à courant continu avec hacheur 4 quadrants).

Contenu

Bases :

  • Principes de bases de l'électronique de puissance, fondement : le fonctionnement en commutation
  • Complément indispensable à la commutation : le filtrage (non dissipatif)
  • Règle d'association des sources, cellule de commutation théorique et obtention pratique de la cellule de commutation
  • Interrupteurs semi-conducteurs : diodes, transistors MOSFET ou transistors IGBT
  • Conversion continu-continu non isolée (hacheurs)
    • Hacheur série (dévolteur)
    • Hacheur parallèle (survolteur)
    • Hacheur à stockage inductif
    • Filtrage  en Électronique de Puissance, réduction des perturbations générées par le découpage, applications aux convertisseurs continu-continu
    • Entrelacement de convertisseurs : exemple alimentation microprocesseurs par VRM (Voltage Regulation Module)
  • Conversion conversion dc-dc isolée :
    • Transfert direct : Exemple traité : structure FORWARD
    • Transfert indirect : Stockage inductif Exemple traité : structure FLYBACK
  • Hacheurs 2 quadrants et hacheurs 4 quadrants (alimentation de moteurs à courant continu en vitesse variable)
  • 0nduleurs à modulation de largeur d’impulsions (MLI)
  • Redresseur PFC (absorption sinusoïdale de courant)
  • Liste de travaux pratiques :
    • Hacheur série et hacheur parallèle
    • Filtrage de sortie sur des structures hacheur
    • Voltage Regulation Module (VRM) : hacheur série entrelacé 3 voies. Etude par simulation (avec PSIM) puis étude expérimentale
    • Hacheur 4 quadrants et onduleur de tension à modulation de largeur d'impulsions monophasé
    • Alimentation à découpage flyback
    • Alimentation à découpage forward
Ressources
  • Transparent de cours au format pdf
  • Sujets d'exercices avec corrigé
  • Sujets d'examens années antérieures
  • Salle de TP avec équipement de mesure standard + matériel spécifique pour l'électronique de puissance. commandes numérique de converstisseur basés sur FPGA avec entrées analogiques *CAN pour les régulations.
  • Accès logiciel de simulation dédidé à l'électronique de puissance PSIM (version professionnelle)
Prérequis
  • Maths niveau terminale S. Equations différentielles
  • Lois d'Ohm. Lois de Kirchhoff. Principe de superposition.
  • Théorème de Thévenin. Théorème de Norton.
+ XSE512 - Electronique linéaire
+ XSE501 - Mathématiques pour l'ingénieur
+ XSE723 - Amplificateurs de puissance
+ -


 Connaissances
#
Libellé
N
A
M
E
0
Principes de bases de l'électronique de puissance, fonctionnement en commutation, rendement théorique unitaire, complément indispensable à la commutation : le filtrage de puissance non dissipatif x
1
Analyse de structures de conversion continu-continu non isolée :Hacheur série (dévolteur), hacheur parallèle (survolteur), hacheur à stockage inductif x
2
Dimensionnement de filtre de puissance LC du 2ème ordre sur une structure hacheur série x
3
Entrelacement de convertisseurs pour la réduction du volume des filtres de puissance x
4
Analyse du fonctionnement d'un circuit de conversion DC-DC isolé à transfert direct de type FORWARD x
5
Analyse du fonctionnement d'un circuit de conversion DC-DC isolé à transfert indirect de type FLYBCK x
6
Compréhension du fonctionnement de hacheurs 4 quadrants (alimentation de moteurs à courant continu en vitesse variable) x
7
Compréhension du fonctionnement d'onduleurs à modulation de largeur d’impulsions (MLI)monophasés x
8
Fonctionnement de redresseur PFC (absorption sinusoïdale de courant) x


 Compétences
#
Libellé
N
A
M
E
0
Analyse du fonctionnement de converstisseurs dc-dc non isolée (hacheurs) Hacheur série (dévolteur) Hacheur parallèle (survolteur) Hacheur à stockage inductif x
1
Savoir analyser un circuit d'électronique de puissance simple. Écrire les équations à partir du schéma. x
2
Savoir faire les hypothèses simplificatrices spécifiques aux montages de puissances étudiés. x
3
Dimensionner les valeurs des composants et paramètres de fonctionnement d'un convertisseur en fonction d'un cahier des charge. x
4
Déterminer la structure de convertisseurs adaptée à un cahier des charge. x
5
Simuler le fonctionnement d'un convertisseur simple (hacheur série par exemple) en boucle ouverte avec PSIM x
6
Utiliser des équipements de test et mesure standards (multimètre, alimentation stabilisée, oscilloscope) pour analyser le fonctionnement d'un convertisseur de puissance x
7
Utiliser des équipements de test spécifiques aux convertisseur de puissance (sondes de courant, sondes de tension différentielles). x
8
Faire un rapport soigné des mesures effectuées. x
9
Analyser les différences observées par rapport au fonctionnement théorique. x


 Capacités
#
Libellé
Non
Oui
1
Rédiger x
2
Communiquer x
3
Travailler en équipe x
4
Animer et piloter un groupe, un projet x
5
Rigueur et organisation x
6
Sens pratique x
7
Sens critique x
8
Ouverture d'esprit x
9
Capacité d'analyse et de synthèse x
10
Capacité d'abstraction, logique x
11
Capacité d'initiative x
12
Créativité x


 Compétences RNCP
Type
#
Libellé
0
1
2
CTI
1
Aptitude à mobiliser les ressources d'un large champ de sciences fondamentales. x
CTI
2
Connaissance et compréhension d'un champ scientifique et technique de spécialité. x
CTI
3
Maîtrise des méthodes et des outils de l'ingénieur : identification et résolution de problèmes, même non familiers et non complètement définis, collecte et interprétation de données, utilisation des outils informatiques, analyse et conception de systèmes complexes, expérimentation. x
CTI
4
Capacité à s'intégrer dans une organisation, à l'animer et à la faire évoluer : engagement et leadership, management de projets, maîtrise d'ouvrage, communication avec des spécialistes comme avec des non-spécialistes. x
CTI
5
Prise en compte des enjeux industriels, économiques et professionnels : compétitivité et productivité, innovation, propriété intellectuelle et industrielle, respect des procédures qualité, sécurité. x
CTI
6
Aptitude à travailler en contexte international : maîtrise d'une ou plusieurs langues étrangères, sûreté, intelligence économique, ouverture culturelle, expérience internationale. x
CTI
7
Respect des valeurs sociétales : connaissance des relations sociales, environnement et développement durable, éthique. x
POL
1
Aptitude à participer aux actions de recherche et développement des entreprises, éventuellement en lien avec les acteurs de la recherche publique, et à apporter l’esprit d’innovation favorisant l’évolution technologique. x
MEA-SE
1
Spécifier et modéliser dans leur environnement des systèmes embarqués, sous contrainte de cahier des charges, en intégrant les évolutions de l'état de l'art. x
MEA-SE
2
Concevoir, simuler, prototyper et programmer des systèmes embarqués. x
MEA-SE
3
Réaliser, industrialiser, tester et maintenir des systèmes embarqués. x
MEA
4
Spécifier et concevoir des circuits et systèmes intégrés en vue de leur production industrielle. x
MEA
5
Modéliser un système physique, puis concevoir et mettre en œuvre une architecture de contrôle/commande adaptée. x