Filtrage LC dans un convertisseur d'énergie

[Aimdall]

Bonjour à tous,

Je suis actuellement en train de réaliser un système d'isolement et de redressement d'un signal dans le but de charger une batterie avec 2 amis et nous n'arrivons pas à dimensionner notre filtrage LC de manière cohérente.

La partie du projet que nous devons réaliser se résume à la réalisation d'un transformateur avec un rapport d'enroulement de 1/4 nous permettant de passer la tension de 230V à 57.5V, un redresseur et un filtre LC afin de limiter l'appel de courant au démarrage à 30% de notre courant moyen soit 5.2A environ et la variation de tension à 10% des 57.5V voulus en régime établi.

Notre système est censé fournir 300W en sortie sous 57.5V, d'où la valeur de 5.2A, à partir d'un alternateur ou du réseau EDF et doit pouvoir fonctionner pour des fréquence de 30 à 60Hz. Lors de nos calculs à partir des lois régissants l'évolution d'un condensateur et d'une bobine nous trouvons des valeurs de 240mH et 2.9mF. La valeur de capacité ne nous pose pas de soucis mais une bobine de 240mH pouvant supporter un courant de 10A serait bien trop grosse en plus de nous coûter une fortune et quand nous voyons le reste de notre système, cette valeur nous paraît encore plus aberrante.

Le calcul a été fait comme ceci :


le facteur 0.6 vient de notre variation de 30% (1.3-0.7) et la fréquence de 60 Hz est dans le pire des cas la plus basse fréquence que l'on peut avoir vu que le redresseur transforme un signal de fréquence f en un de fréquence 2f.

Quelqu'un comprendrait-il d'où vient notre erreur ou comment la rectifier ?

Désolé pour le post un peu long mais je souhaitais être le plus exhaustif possible.
Merci d'avance

Aimdall
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[penthode]

hello
quelle technologie de batterie ?

je ne pige pas la fonction du filtre

pouvez-vous faire un schéma du chargeur ? ce qui n'est pas bien compliqué

[Aimdall]

Bonsoir,

Nous allons utiliser une Lithium-ion.

Voilà le schéma de la partie que nous traitons:


Un transformateur suivi d'un redresseur et d'un filtre. Le groupe qui nous suit utilise un convertisseur Buck pour abaisser la tension à 24V et s'occupe de la régulation de charge mais il faut considérer notre partie et la leur comme indépendante car nous n'étions pas sûr d'avoir le temps de tous finir. Nous avons juste considéré une charge résistive qui dissiperait 300W lors de nos calculs car le temps nous manquait.

Notre filtre est censé réguler 2 paramètres, l'appel de courant au démarrage de notre système et une variation de tension de 10% autour de la valeur moyenne. Nous avions remarquez en simulant sur LT Spice qu'au démarrage de notre système on avait un pic de courant trop élevé que l'on a voulu régler avec une bobine. Quand à la variation de 10% de la tension en régime établi, il s'agit d'une demande de notre cahier des charges fixée par notre chef de projet.

[penthode]

c'est le condo qui cause le pic de courant...

pas besoin de filtrer pour charger un accu

toutefois , ce "chargeur" ne respecte pas le protocole de charge d'un Li-ion : de quoi le ramasser dans la figure !

bref , voyez avec votre encadrant où il veut en venir

[A voir en vidéo sur Futura]

[Black Jack 2]

Bonjour,

La recharge des accus Lithium-ion doit être particulièrement soignée.

Par exemple, la moindre surcharge peut provoquer la destruction de l'accu qui peut exploser et/ou provoquer un incendie.

Il y a des chargeurs prévus pour ce type d'accus, ils sont pourvus de plusieurs systèmes de mesure pour éviter (tant que faire ce peut) les accidents en coupant la charge si nécessaire.

Sur un chargeur simple, "fait maison", il y a de gros risques qu'une surcharge (même faible) puisse advenir et BOUM.

Pour ma part, je te conseille de ne pas te lancer là dedans.

Remarque :

Même si en se tenant loin à la première charge "au cas où", cela n'entraîne pas d'accident... cela ne garantit en rien qu'il n'y aura pas d'accident les prochaines fois.

[Aimdall]

Le but est d'apprendre le fonctionnement des composants suivants.
Comme dis plus haut, il faut considérer la partie charge indépendantes. Nous nous chargeons de l'isolation galvanique et du redressement du signal puis nous donnons notre 57.5V à 5A à un autre groupe pour qu'il s'occupe de la régulation

Le condensateur est indispensable d'où la volonté d'ajouter une bobine.

[penthode]

Le condensateur est indispensable d'où la volonté d'ajouter une bobine.

pourquoi ?

[Aimdall]

Bonjour Black Jack, il ne s'agit pas d'un chargeur fait maison sans réflexion, nous sommes étudiants en génie électrique et nous sommes encadrés par des professionnels, nous ne lancerons pas le système sans être sûr de son fonctionnement.

Cependant dans le but d'apprendre, vous comprendrez qu'il nous est impossible de prendre un chargeur tout fait. Comme je l'ai déjà répété, d'autres groupes se chargent de la régulation de charge et de la charge à proprement parlé.

Mon unique questionnement est le résultat aberrant sur l'inductance de notre bobine.

Ne vous inquiétez pas, vous n'entendrez pas aux informations un fait divers impliquant des étudiants et une batterie ayant explosé.

[Aimdall]

Mon cahier des charges impose une variation de 10% autour de la valeur moyenne de la tension en sortie et un condensateur nous permet de diminuer cette variation de tension.

[penthode]

la valeur moyenne ?
ou l'ondulation résiduelle ?

bref , dans toutes les alim courantes de petite puissance , on filtre avec une simple capa

[Aimdall]

On souhaite une ondulation résiduelle de 10% autour de la valeur moyenne de notre tension (57.5V +/-10% en sortie).

C'est exactement ce que j'essaye de dire mais nos diodes ne supporteront pas l'appel de courant que notre capa fait. D'où ma question sur l'aberration de nos résultats et la nécessité d'avoir une bobine dans notre cas.

Merci tout de même

[penthode]

si les diodes ne supportent pas , tu montes des plus grosses !

de toute façon , l'inductance de fuite et la résistance du transfo limiteront l'appel de courant.

le filtrage "self en tête" est trés compliqué à modéliser : tu vas droit dans le mur !

et si.... il y a des méthodes bien plus élégantes pour étouffer un courant d'appel ,

[Aimdall]

Avec le COVID nous avons malheureusement 3 semaines pour réaliser le modèle physique du projet et nous ne pouvons pas nous faire livrer de nouvelle diode. Le transfo, réaliser par nos soins également, ainsi que ces caractéristiques internes ont déjà été incorporé dans notre simulation et ne limite pas suffisamment.

Quelle sont les autres solutions dont vous parlez ?

[Antoane]

Bonjour,

La formule utilisée pour le dimensionnement de l'inductance est très simpliste. On trouve une littérature abondante pour ce sujet, qui devrait permettre de faire des choix plus éclairés. Le dimensionnement peut également se faire par simulation.

300W en sortie sous 57.5V, d'où la valeur de 5.2A, à partir d'un alternateur ou du réseau EDF et doit pouvoir fonctionner pour des fréquence de 30 à 60Hz. Lors de nos calculs à partir des lois régissants l'évolution d'un condensateur et d'une bobine nous trouvons des valeurs de 240mH et 2.9mF.

Attention au Q (ici proche de 1) d'un tel circuit résonant.

Il peut être bon de jeter un oeil sur les normes en matière d'injection d'harmoniques sur le réseau.


Note que dans un vrai produit industriel, on n'utiliserait pas cette structure constituée d'un transfo BF (i.e. "50 Hz") suivit d'un buck, mais plutôt un Boost PFC suivit d'un convertisseur à découpage isolé (probablement un LLC ou un half-bridge).

[penthode]

une résistance en série avec le primaire , shuntée après une ou deux secondes par un relais temporisé.

c'est couramment utilisé sur les gros amplis à alim lnéaire.

une diode s'approvisionne en 48 heure chez les bons fournisseurs.

d'autre part , je trouve léger d'avoir faits les achats avant d'avoir validé le design

[Aimdall]

Je vous remercie de votre réponse nous allons essayer de dimensionner en simulant tout ça.

Un industriel utiliserait surement ce type de convertisseur mais nous avons seulement commencé les alimentations à découpages et je pense que notre responsable ne voulait pas nous perdre tout de suite.

Quant au facteur Q, que sous entendez-vous quand vous dites de faire attention, mise à part sa contribution à la résonance du système.

[Aimdall]

L'achat n'est pas réalisé par nous même, nous avons soumis notre design dont le seul élément contraignant est la bobine puis les personnes en charge on acheté les composants.

Je pense que nous allons juste en arrêter là Penthode. Ma question portait sur notre bobine, le système global nous est imposé et fonctionne. Nous ne sommes pas en train de faire ce qu'il nous plaît dans un garage auquel cas nous aurions fait plus simple, plus efficace et en prenant notre temps. Si vous ne pouvez répondre il n'y a aucun soucis. Je vous remercie quand même pour la possible solution donnée même si nous n'aurons pas le temps de la mettre en place

[f6bes]

Bjr à toi,Limiter l'appel de courant ou démarrage l(a demande INITIALE) peut se faire de plusieurs façon.
Vous avez CHOISI par LC. (c'est imposé ou un choix délibéré ?)
Question...pourquoi ?
Une résistance en SERIE durant qq secondes, peut servir à limiter la charge du condo.
Au bout de x..secondes on court cicuite cette R et le condo fini de se charger...tranquillement. Un relais de court circuit y suffit

On peut aussi limiter dans le primaire de la meme façon, le temps du début de charge du condo
Sur un gros ampli (3kv/500 ma) j'ai monté ce systéme ( condo de 5kv/100 uf).
Le fuse de protection ne "digérait" la pointe de courant....et les diodes étaient contentes.
Bonne journée