Regulation DCDC buck

[KemcapN123]

Bonjour ,

J'étudie en ce moment la régulation des Bucks. Je suis un peu perdu --'.


Prenons par exemple le buck si je me base sur l'image de régulation que j'ai joint.
J'en déduis que le dutycycle est réglé grace à l'amplificateur d'erreur . Et par logique le duuty cycle varie en fonction de la différence qu'il y'a entre Vout et la référence. Ce qui veut dire qu'il peut valoir Zero lorsque vout est égal à la référence mais , il change lorsque Vout Varie un peu sur chaque cycle. Seulement lorsque je mesure ou simule un DCDC avec boucle de régulation egalement, lorsque j'observe le dutyCycle. C'est un Dutycyle Fixe que j'observe, je ne vois pas l'effet de la variation!!! et qui est également normal car je devrais avoir DutyCycle=Vout/Vin. Du coup les deux cas sont ok, mais avec un oscillo j'observe plus Vout/Vin que le premier cas.

Quelqu'un pourrait m'aider à faire le lien entre les deux ?
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[Qristoff]

Salut,
Je ne connais pas tes conditions de simulations mais une régulation est faite pour compenser l'effet d'un événement extérieur. En l’occurrence, pour une alimentation, la régulation de tension se fera selon la charge (courant débité). Dans ta simulation, s'il n'y a pas de variation de charge, le circuit de régulation n'a pas de raison de bouger !

[Antoane]

Bonjour,

La relation Vout = dc*Vin n'est valide que lorsqu'une hypothèse importante est respectée, laquelle ?
Comment expliques-tu les oscillations observées à la fin de chaque période (à ~500 kHz) ?

Peux-tu fournir le schéma complet du prototype, avec la valeur des composants ?

Pour une étude préliminaire du convertisseur il est intéressant de déconnecter le contrôleur et d'envoyer une tension constante au générateur PWM.

Et par logique le duuty cycle varie en fonction de la différence qu'il y'a entre Vout et la référence. Ce qui veut dire qu'il peut valoir Zero lorsque vout est égal à la référence

L'intégrateur fait qu'à l'état stationnaire, le dc peut être différent de zéro alors que la tension de sortie vaut la référence.

[KemcapN123]

@Qristoff "une régulation est faite pour compenser l'effet d'un événement extérieur" Ce n'est pas ce circuit qui règle le dutycyle à l'état stationnaire ? Je pensais que le dutycyle même statique était régler grâce à ça.
Où je me trompe ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[KemcapN123]

BOnjour @Antoane, merci pour ta réponse , mais je ne vois pas le lien entre ces questions et la mienne.
Je ne souhaite pas faire une étude du DCDC . Je cherche à comprendre un aspect précis du DCDC.
QUi est le D.C et ça création. et notamment m’éclairer sur la confusion que je fais entre ce que je mesure et ce qui est montré dans la théorie de la regulation.
Je suis peut-être totalement à côté de la plaque, mais si je ne pose pas la question , je resterais stupide :/

[Antoane]

mais je ne vois pas le lien entre ces questions et la mienne.

Du coup tu les ignores

La relation Vout = dc*Vin n'est valide que lorsqu'une hypothèse importante est respectée, laquelle ?

Que le convertisseur fonctionne en conduction continue, i.e. que le courant dans l'inductance ne s'annule jamais.

Comment expliques-tu les oscillations observées à la fin de chaque période (à ~500 kHz) ?

Le convertisseur fonctionne en conduction discontinue.

[KemcapN123]

@Antoane oui je sais bien que le convertisseur fonctionne, en mode discontinue. La relation Vout=Dc*Vin , n'est pas valide. Mais peut importe le mode ma question, n'est pas liée au mode de fonctionnement.

[Antoane]

Je n'ai donc pas compris la question de départ.

[Qristoff]

@Qristoff "une régulation est faite pour compenser l'effet d'un événement extérieur" Ce n'est pas ce circuit qui règle le dutycyle à l'état stationnaire ? Je pensais que le dutycyle même statique était régler grâce à ça.
Où je me trompe ?

Qu'est ce que tu appelles état stationnaire ? à tension de sortie fixe sur charge fixe, le duty cycle est fixe !
Petite charge, petit rapport cyclique. Grosse charge, gros rapport cyclique !

[KemcapN123]

@Qristoff OUi ce que j'appelle état ?stationnaire c'est ça: à tension de sortie fixe sur charge fixe. Le dutycycle doit-être fixe. Mais doit-il être à zero lorsque Vref=Vout

[Antoane]

Le dutycycle [...] doit-il être à zero lorsque Vref=Vout

Non, à cause de l'intégrateur qui fait que la tension de sortie de l'ampli correcteur peut être strictement positive même avec une tension d'entrée (Vref - Vout) nulle.
Sans intégrateur, à l'état stationnaire, il faut que le gain de l'ampli soit infini pour que (Vref = Vout). En pratique, Vref et Vout ne sont pas strictement identiques (mais très proches néanmoins).

Petite charge, petit rapport cyclique. Grosse charge, gros rapport cyclique !

Juste pour souligner pour un futur lecteur de passage : ceci n'est valide que parce qu'on est en conduction discontinue (et un peu aussi car le rendement du convertisseur est < 1 ).

[KemcapN123]

@Antoane , Je pense que tu viens de répondre à ma question. ça fait des mois que je lis des articles et je n'ai jamais vu cette arfirmation.

Je pense que c'est beaucoup plus claire.

En gros Vref=Vout , n'implique pas que la sortie du correcteur soit Zéro? mais que la sortie du correcteur ait la valeur adéquate pour le bon dutycycle de façon à ce que Vout/Vin=D.C dans le cas du CCM par exmple .

C'est correct ?

[Antoane]

C'est ça !

C'est la raison pour laquelle on peut avoir une erreur statique nulle avec un intégrateur dans la boucle, mais pas en son absence.

[Qristoff]

@Qristoff OUi ce que j'appelle état ?stationnaire c'est ça: à tension de sortie fixe sur charge fixe. Le dutycycle doit-être fixe. Mais doit-il être à zero lorsque Vref=Vout

L'erreur est nulle (cela signifie que le correcteur n'a rien à changer) mais le rapport cyclique n'est pas égale à 0 pour autant ! c'est le rapport cyclique qui permet de maintenir la tension de sortie avec la charge qui est fixée. Ne confond pas la sortie du correcteur d'erreur avec la valeur du rapport cyclique !
J'ai l'impression que tu t'embrouilles avec les systèmes bouclés. Il faut déjà regarder comment la fonction de transfert du buck en circuit ouvert (la tension de sortie en fonction du rapport cyclique) et ensuite l'action de la boucle de contre-réaction pour réguler la tension.

[KemcapN123]

@Antoane , Merci , C'est ça que je cherchais. J'en étais presque certain , mais partout je voyais ça , , erreur=0 => dutycycle 0
Du coup j'ai commencé à perdre la foi ^^. Il me semble que ça c'est que dans le cas du petit signal ? la parti variation en cas de perturbation.

Du coup , l'ampli d'erreur est nécessairement au minimum un intégrateur ? sinon ça ne fonctionne pas ?

"une erreur statique nulle avec un intégrateur dans la boucle" Je dois revoir cette partie. Merci beauoup

[KemcapN123]

@Qristoff merci , C'est plus clair.

"Ne confond pas la sortie du correcteur d'erreur avec la valeur du rapport cyclique " tu veux dire ne confond pas l'entré du correcteur avec .... ?

Y'a t'il un moyen de prévoir la valeur de la constante que l'intégrateur va choisir en sortie dans le cas stationnaire afin de maintenir le bon rapport cyclique , où c'est aléatoire et il le calcul seul ?


"J'ai l'impression que tu t'embrouilles avec les systèmes bouclés" , c'est exactement ça et ma frustration monté , j'ai fini par venir ici . Mais ça devient plus clair merci .

[Qristoff]

"Ne confond pas la sortie du correcteur d'erreur avec la valeur du rapport cyclique " tu veux dire ne confond pas l'entré du correcteur avec .... ?

non, non je ne confonds pas !
Une petite analogie, je ne sais pas si tu es en âge de conduire mais bon.
Tu es sur une route et tu roule à 80 km/h, ton pied appuie sur accélérateur pour maintenir cette vitesse au mieux (par analogie, le rapport cyclique n'est pas nul puisque tu fournis de l'essence à ton moteur). Si ton compteur t'indique que la vitesse augmente, tu vas relever le pied et fournir moins d'essence à ton moteur, tu viens de réduire le rapport cyclique. et ainsi de suite. L'erreur de consigne, c'est la pédale. Le rapport cyclique, c'est le carburateur

[KemcapN123]

@Qristoff , yes compris.
Mais cette constante qui va bien régler le rapport cyclique lorsque Vref=Vout est fait par le système lui même. Ce qui signifie que l'amplificateur d'erreur est un intégrateur au minimum ?

[Antoane]

Du coup , l'ampli d'erreur est nécessairement au minimum un intégrateur ? sinon ça ne fonctionne pas ?

Il faut un intégrateur dans la boucle pour avoir une erreur statique nulle, mais cette intégration peut être déjà présente dans le système régulé (par exemple car tu agis sur la vitesse pour réguler une position).
Avoir une erreur statique (théorétiquement) strictement nulle n'est pas toujours indispensable par exemple :
- Si la tension à appliquer en entrée du circuit générant le PWM doit être de 0.5 V
- si la tension de référence vaut 100 V
- si le gain du correcteur vaut 40,
alors la tension en entrée du correcteur devra valoir 0.5/40 = 12.5 mV. L'erreur statique vaudra alors 12.5mV/100V = 0.0125 % de la tension nominale.
Les valeurs utilisées n'ont pas de sens, elle servent uniquement d'appui à la démonstration.

Ne confond pas la sortie du correcteur d'erreur avec la valeur du rapport cyclique !

Ce n'est pas la même chose, mais je pense qu'on peut les assimiler a priori sans grosse erreur : la différence vient de la fonction de transfert du générateur PWM et de la cellule de commutation. Cette fonction de transfert est assimilable à un gain statique sur la bande de fréquence de fonctionnement du régulateur.

Tu es sur une route et tu roule à 80 km/h, ton pied appuie sur accélérateur pour maintenir cette vitesse au mieux (par analogie, le rapport cyclique n'est pas nul puisque tu fournis de l'essence à ton moteur). Si ton compteur t'indique que la vitesse augmente, tu vas relever le pied et fournir moins d'essence à ton moteur, tu viens de réduire le rapport cyclique. et ainsi de suite. L'erreur de consigne, c'est la pédale. Le rapport cyclique, c'est le carburateur

Pour moi, du point de vue du conducteur, l'erreur de consigne est la différence entre la vitesse objectif (80 km/h) et l'affichage du compteur.
La sortie du contrôleur est l'angle que fait la pédale par rapport au plancher (ou le débit d'essence, ou autre, suivant ce ou on place la limite entre le contrôleur et le système)

[Qristoff]

Dans un système bouclé, on mets généralement 2 composantes: une proportionnelle et une intégrale (d'où le terme PI) (j'omets volontairement la notion de dérivée pour faire simple !)
Dans un correcteur uniquement intégrale, on a un système tout mou, qui réagi mollement (suivant les paramètres) mais qui finit par atteindre l'erreur nulle. c'est un peu du genre, il y a un écart, on va penser à le corriger (j'ai pas parlé de Corse ou de Suisse).
Pour être un peu plus réactif, on lui adjoint une part de proportionnelle, là c'est plus réactif et tout de suite avec un gain qui ne fait pas partir dans les tours (pour revenir à l'analogie de la conduite !) Si t'appuies sur la pédale, t'aimerais bien que ça réagisse j'imagine ?
(faut que j'aille manger.. la patronne m'appelle )

[KemcapN123]

Merci beaucoup à vous deux.

Tout est clair dans ma tête et ça fait du bien