Etape N°3 : Le choix des composants
Après l’étape consacrée à l’architecture générale du projet, il s’agit de choisir et de dimensionner les composants. Un composant particulièrement critique pour le bon fonctionnement d’un générateur à induction est le type de transistor de puissance utilisé pour créer le courant haute fréquence (typiquement 20kHz) qui alimente l’inducteur placé sous le récipient.
Nous utilisons couramment des transistors silicium de type IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). Ils combinent la facilité de pilotage d’un MOSFET avec les performances en puissance d’un transistor bipolaire NPN.
Une maquette de test sera réalisée (schéma, routage, réalisation de la carte, réalisation du logiciel de pilotage « TRIRPWM_TESTBOARD ») pour valider le principe de fonctionnement et la loi de commande des IGBTs.
Pour des raisons de coût de réalisation et de flexibilité, nous pilotons les IGBTs directement par le microcontrôleur ‘type LPC1768 ARM CORTEX M3 32bits 80MHz) en utilisant le périphérique PWM dual-edge de ce microcontrôleur.
Il suffit de 2 optocoupleurs entre le microcontrôleur et les grilles des IGBTS. Il faut également 2 alimentations 15V flottantes.
Pour le choix du microcontrôleur, l’analyse de ses spécifications et des sources d’approvisionnement les plus fiables possibles, le site www.octopart.com est un outil que nous utilisons fréquemment.
Une carte d’alimentation spécifique TRIR_FLYBACK est ensuite développée car nous n’avons trouvé aucun module d’alimentation compatible avec nos besoins :
- Entrée DC 560V ou AC 400V
- 3 sorties isolées : 24V 600mA et 2 x 15V 200mA
Par ailleurs, le logiciel de test TRIRPWM_TESTBOARD a permis de valider le paramétrage du pilotage PWM sans « glitch » ainsi la mesure du courant inducteur au moyen du transformateur d’intensité en série avec l’inducteur (ICT).
Ceci nous a fourni une plateforme très flexible puisqu’on peut complètement ajuster les conditions de commutation des IGBTs avec le firmware du microcontrôleur. On peut donc envisager une grande sophistication de contrôle.
Les tests initiaux ont montré la nécessité de mesurer finement le courant circulant dans l’inducteur, en complément du courant secteur, pour détecter la forme du courant inducteur et la position du système par rapport à la résonance.
Un détecteur de pic a également été ajouté pour détecter d’éventuelles surtensions dues soit au secteur, soit à la configuration créée par l’ustensile.
Au final, une grande variété d’entrées est prévue sur le microcontrôleur pour sécuriser le fonctionnement et pour piloter l’équipement de plusieurs façons.
Par souci de modularité, d’organisation de la fabrication et de simplicité de la maintenance, il a été décidé de concevoir le système avec 3 cartes :
MAIN : circuit imprimé principal supportant les IGBT et toute la partie puissance. Cette carte est entièrement équipée de composants traversants
FLYBACK : alim à découpage à entrée 560V continu, cette carte comporte un transformateur spécifique
CTRL : Cette carte contient le microcontrôleur LP1768 et les circuits associés, notamment les optocoupleurs.
Nous pouvons ensuite passer à l’étape suivante qui sera l’objet de notre prochain article : la saisie des schémas et le routage des cartes.