La figure 4.1.a montre le convertisseur réalisé en 2003/2004 par un binôme d’étudiants dans le cadre des Etudes et Réalisations. Le cahier des charges retenu pour cette version était le suivant :
· le courant de sortie est limité à + 50 A et - 50 A ;
· la tension d'alimentation vaut U = + 50 V (en pratique U = +24 V) ;
· la fréquence de découpage est supérieure ou égale à 20 kHz (inaudible).
Fig. 4.1.a. Le hacheur 50 V - 50 A
Fig. 4.1.b. Le hacheur 50 V - 50 A coté cuivre.
La structure retenue est un hacheur abaisseur de type BUCK réversible en courant, présenté à la figure 4.1.c. Les interrupteurs K'1 et K'2 sont réalisés à partir de la mise en parallèle de 2 transistors MOSFET 56 A - 100 V et de 2 diodes SCHOTTKY 40 A - 100 V (voir documentation des composants du hacheur BUCK située en bas de page).
On obtient ainsi un coefficient de sécurité en courant égal à KI = 2,24 en negligeant l'ondulation du courant (avec 20 % d'ondulation de courant le courant maximum vaut 55 A et KI = 2 ). Le coefficent de sécurité en tension vaut KV = 2 pour une alimentation en 48 V.
Fig. 4.1.c. Schéma de principe du hacheur abaisseur réversible en courant.
L’inductance a été dimensionnée et réalisée par les étudiants. Avec un circuit magnétique ETD59 en matériau 3C90, ils ont réussit à bobiner N = 25 spires d'un toron de 10 fils de diamètre 1 mm (AWG19, scu = 0,65 mm2). L'entrefer est réalisé avec un morceau de circuit imprimé en epoxy (FR4) de e = 1 mm
La valeur calculée de l’inductance est Ls = 74,5 uH. La figure 4.1.d montre la tension et le courant de cette inductance (U = 24 V et Is = 5,46 A). Le tableau 4.1.a récapitule les conditions de l'essai et la mesure de l'inductance. On trouve alors Ls = 130 uH.
Pour U = 24 V, Is = 50 A et F = 20 kHz, l’ondulation maximale du courant sera de 2,3 A (soit 4,6 %) et le courant maximum dans l’inductance vaut 51 A. Avec cet entrefer de 1 mm, le champ max vaut Bmax = 718 mT. L’échauffement de l'inductance limite le fonctionnement à 35 A environ, valeur mesurée pour une température des fils de cuivre de 90°C.
Tableau 4.1.a. Le hacheur 50 V - 50 A coté cuivre.
Fig. 4.1.d. Mesure de la tension V(t), de la tension inductance VL(t),
du courant dans l'inductance IL(t) et de la tension du capteur de courant VImes(t).
Documentation des composants du hacheur BUCK :
HUF75639P3.pdf - 10 pages, 230 Ko, 56A, 100V, 0.025 Ohm, N-Channel UltraFET Power MOSFET Features.
43CTQ080.pdf - 7 pages, 162 Ko, 43CTQ080, 43CTQ080S, 43CTQ080-1, 43CTQ100, 43CTQ100S, 43CTQ100-1, SCHOTTKY RECTIFIER, 40 A, 80/100 V, 0.67 V.
IR2183.pdf - 8 pages, 182 Ko, IR2181, IR21814, IR2183, IR21834, IR2184, IR21844, HIGH AND LOW SIDE DRIVER
11DQ06.pdf - 4 pages, 31 Ko, SCHOTTKY RECTIFIER 1.1 Amp, 11DQ05, 11DQ06, 50/60V.
ETD59.pdf - 5 pages, 30 Ko, ETD59 cores and accessories, MA01, 2000 Apr 20.
3C90.pdf - 4 pages, 25 Ko, Data sheet 3C90, 2000 Apr 20.
dissip-1.pdf - 1 page, 15 Ko.
SK92.jpg - image, 9 Ko.
SK92.gif - image, 11 Ko.
SK92.pdf - 1 page, 23 Ko.
