Formation DC/DC Converter Design

Présentation

Ce stage de 5 jours vise à obtenir une compréhension complète du principe de fonctionnement des convertisseurs DC/DC dans leurs divers modes de fonctionnement (continu / discontinu)

Objectifs

1ère Partie :

Obtenir une compréhension complète du principe de fonctionnement des convertisseurs DC/DC dans leurs divers modes de fonctionnement (continu / discontinu).
Les architectures de base (Buck, Boost, Busk-boost non-isolé) sont abordées afin de donner un panorama assez large du domaine.
Dans un second temps, une analyse précise du comportement de ces dispositifs en régime « petit signal » est abordée.
Les résultats alors obtenus permettent de conclure sur le calcul des correcteurs nécessaires à la régulation de la tension de sortie présente sur la charge (pour les divers montages considérés).

Enfin, la mise en pratique des notions du cours par l’étude de circuits (en simulation) permet de valider les acquis.

2ème Partie :

Savoir dimensionner correctement les divers composants constituant un convertisseur DC/DC pour une spécification donnée.
Comprendre le lien entre les performances d’un driver et les considérations CEM du montage.

Être en mesure de déterminer les points sensibles du circuit et d’un PCB pour réduire les émissions conduites et rayonnées du montage.
Enfin, la mise en pratique des notions du cours par l’étude de circuits (en simulation) permet de valider les acquis.

Méthodes pédagogiques

Alternance de travaux pratiques, cours

Contrôle des connaissances

QCM

Savoir-faire et compétences

• Les architectures de base (Buck, Boost, Busk-boost non-isolé) sont abordées afin de donner un panorama assez large du domaine.
• Dans un second temps, une analyse précise du comportement de ces dispositifs en régime « petit signal » est abordée.
• Les résultats alors obtenus permettent de conclure sur le calcul des correcteurs nécessaires à la régulation de la tension de sortie présente sur la charge (pour les divers montages considérés).

Enfin, la mise en pratique des notions du cours par l’étude de circuits (en simulation) permet de valider les acquis.

Contenu de la formation

1ÈRE PARTIE : ALIMENTATIONS À DÉCOUPAGE PRINCIPE / ARCHITECTURES / RÉGULATIONS

JOUR 1 :

Matin (3H00) : Convertisseurs Buck

• Principes généraux de la conversion d’énergie statique et structures types de hacheurs. Introduction au convertisseur Buck : principe de fonctionnement, équations principales, modes de conduction continu/discontinu, calcul de rendement, principe de régulation de tension et du calcul d’un correcteur.

Après-midi (3H00) : Convertisseurs Boost et Buck-Boost

• Introduction au convertisseur Boost : principe de fonctionnement, équations principales, modes de conduction continu/discontinu, principe de régulation mode tension/courant et du calcul d’un correcteur.
• Analyse du fonctionnement d’un Buck-Boost.

JOUR 2

Matin (3H00) : Etude de régulation des convertisseurs DC/DC

• Système linéaire par morceaux, principe de linéarisation, bilan sur pôles et zéros des structures Buck, Boost et Buck-Boost
• Types d’asservissement : PFM, PWM, hysteretic…
• Analyse des asservissements en mode courant, détection de pic, courant moyen Bilan des techniques de compensation pour les diverses structures.

Après-midi (3H00) : Convertisseurs SEPIC + Introduction aux multi-phases

• Principe de fonctionnement, équations principales, modes de conduction continu/discontinu. Convertisseurs Multi-phases : Principe, avantages et inconvénients.

JOUR 3 :

Matin (3H00) : Travaux Pratiques

• Simulation sous Spice d’une topologie de type Buck : Analyse en boucle ouverte, formes d’onde (DCM,CCM), calcul du rendement. Définition et calcul d’un correcteur pour obtenir un dispositif régulé en tension.

Après-midi (3H00) : Travaux Pratiques

• Simulation sous Spice d’une topologie de type Boost : Analyse en boucle ouverte, formes d’onde (DCM, CCM), calcul du rendement. Définition et calcul d’un correcteur pour obtenir un dispositif régulé en tension : avec boucle de tension + détection pic de courant.

2ÈME PARTIE : DE LA THÉORIE À LA PRATIQUE

JOUR 1 :

Cours : (Dimensionnement silicium, Drivers et EMC)

• Méthodologie pour calculer les paramètres d’un DCDC (RDSon, Freq., L, …) en fonction des variables d’entrée (Vin, Vout, Iout, ripple, di/dt, …)
• Considérations EMC :
  • Notions relatives aux drivers. Influence de l’architecture interne (fsw, di/dt, dv/dt…) pour minimiser les émissions conduites et rayonnées.
  • Influence du design PCB pour optimiser la performance EMC. Dimensionnement de la BOM :
  • Caractéristiques des éléments externes (R, L, C) et impact sur le comportement global (efficacité, Pdis, temps de réaction, précision, bilan thermique, volume, cout)

JOUR 2 :

Matin (3h00) : Simulation Spice

• Dimensionnement convertisseur pour des spécifications données.
• Dimensionnement Driver : formes d’onde, pertes par commutation, perturbations dv/dt et di/dt.
• Bilan surface silicum et rendement.

Après-midi (3H00) : Travaux Pratiques

• Analyse du spectre d’émission pour diverses approches de contrôle de grille.
• Calcul et impact du filtre EMI d’entrée.

Responsable de la formation :

Marc COUSINEAU

Condition d'accès

Personnes concernées :

Formation destinée aux technicien(ne)s supérieur(e)s et aux ingénieur(e)s

Prérequis :

Bac +2 dans le domaine

Lieu(x) de la formation

• Toulouse

Contact(s) administratif(s)