Choix des transistors de puissance

PRINCIPE

La mesure de la résistivité d’une structures s’effectue en injectant un courant électrique dans celle-ci au moyen d’électrodes d’injection (souvent nommées A et B) et en mesurant la différence de potentiel créée par le passage du courant au moyen d’électrodes de mesure du potentiel (souvent nommées M et N). Le nombre d’électrodes, ainsi que leur agencement définit le dispositif électrique utilisé. La configuration du dispositif est choisie selon la problématique de l’étude. La différence de potentiel dépend de l’intensité du courant injecté, de la disposition des électrodes et de la résistivité électrique du matériau constituant l’objet étudié. (figure 4) Il est alors possible de déduire une répartition de la résistivité vraie du matériau, ce qui n’est pas le cas pour des milieux hétérogènes. La notion d’homogénéité dépend toutefois de l’échelle à laquelle le milieu est observé. Nous faisons appel, dans le cas d’un milieu hétérogène, au concept de résistivité apparente. Le terme de résistivité apparente est relativement impropre. Le fait que cette grandeur ait pour dimension celle de la résistivité provient du choix de l’unité pour la résistivité du milieu homogène, choix parfaitement conventionnel.

DISPOSITIFS ET ACQUISITION

Avant chaque injection du courant, il est important de mesurer la Polarisation Spontanée (PS) du terrain due à l’activité électrochimique ou mécanique; sa valeur est de quelques millivolts ; elle sera prise en compte lors de la mesure de la différence de potentiel (?V). En surface, les mesures peuvent être effectuées en gardant le centre du dispositif fixe et en écartant les électrodes d’injection (sondage électrique) ou en déplaçant un dispositif à écartement constant (traîné électrique). Avec la première méthode nous obtenons la variation de la résistivité en 1D (une dimension) sous le dispositif et avec la seconde méthode nous étudions les variations latérales de ce paramètre. En combinant ces deux techniques, il est possible de réaliser des panneaux électriques, sensibles aux variations tant verticales qu’horizontales de la sub-surface. Ces mesures sont habituellement représentées sous la forme de panneaux électriques (ou pseudo-sections en résistivités apparentes). Les mesures sont particulièrement sensibles aux variations de la résistivité sous le dispositif. Les points de mesure sont reportés à l’aplomb du centre du dispositif et à une ordonnée proportionnelle à la distance séparant les électrodes (AM/2 ou AB/2 par exemple) définissant des niveaux d’acquisition.

Les valeurs sont ensuite interpolées pour tracer les lignes d’isorésistivité. Les électrodes sont de simples broches en acier inoxydable d’environ 30 cm de long et 1 cm de diamètre. Des tensions de plusieurs centaines de Volts et des courants pouvant atteindre 500 mA sont utilisés, ce qui nous amène à réaliser un convertisseur continu – continu 12V / 300V et capable de fournir un courant constant, indépendamment de la résistivité du sous sol.

Choix des transistors de puissance

Avec des gains pas toujours bien glorieux à courant élevé pour les transistors courants, il faut recourir à des darlingtons à plusieurs niveaux : l’addition de tous les courants de base mène souvent à un chiffre non négligeable, qui pèse sur le rendement de l’appareil. Une solution intéressante consiste à faire appel à des transistors MOS de puissance, qui se commandent en tension (autrement dit dont l’électrode de commande ne consomme pas de courant en régime statique). Cette technique permet de commuter directement un courant de plusieurs dizaines d’ampères à partir de niveaux logiques CMOS. Il faut cependant s’accommoder de la résistance à l’état passant de ces transistors, qui introduit une chute de tension purement ohmique, et donc proportionnelle au courant débité. Par comparaison, un transistor bipolaire saturé n’introduit q’une chute de tension de l’ordre du volt, pratiquement indépendante du courant débité.

Choix des transistors de puissance : Avec des gains pas toujours bien glorieux à courant élevé pour les transistors courants, il faut recourir à des darlingtons à plusieurs niveaux : l’addition de tous les courants de base mène souvent à un chiffre non négligeable, qui pèse sur le rendement de l’appareil. Une solution intéressante consiste à faire appel à des transistors MOS de puissance, qui se commandent en tension (autrement dit dont l’électrode de commande ne consomme pas de courant en régime statique). Cette technique permet de commuter directement un courant de plusieurs dizaines d’ampères à partir de niveaux logiques CMOS. Il faut cependant s’accommoder de la résistance à l’état passant de ces transistors, qui introduit une chute de tension purement ohmique, et donc proportionnelle au courant débité. Par comparaison, un transistor bipolaire saturé n’introduit q’une chute de tension de l’ordre du volt, pratiquement indépendante du courant débité. Cette chute liée au courant consommé va dans le sens d’une protection du convertisseur contre les surcharges, d’autant plus qu’elle augmente avec la température (exactement l’inverse d’un « emballement thermique »).

Les MOS de puissance se montent fort bien en parallèle, tandis qu’il en existe dont la résistance à l’état passant est très faible : selon la puissance souhaitée (en pratique celle du transformateur), on choisira donc le type et le nombre des transistors nécessaires en fonction des disponibilités ou des opportunités, sans que cela ne remette en cause si peu que ce soit le reste du montage.

DISCUSSIONS

Pour les mesures de la valeur des résistances, le résistivimètre conçu affiche les mêmes valeurs que les deux multimètres ; la mesure et les résultats sont fiables et ne posent aucun problème. Concernant les mesures sur terrain, mesure de la résistivité, nous constatons une légère différence entre le SYSCAL R2 et notre résistivimètre ; celle-ci est due aux non corrections des phénomènes naturelles (induction électromagnétique, courants telluriques). Le résistivimètre conçu pourrait être amélioré, en utilisant un convertisseur de tension à base d’une alimentation à découpage (hacheur) ; on obtient ainsi un meilleur rendement et un encombrement plus faible. L’utilisation d’un doubleur de tension nous fournit une tension de l’ordre de kilovolts pour les faibles courants (0.2mA à 10mA), ceci dans le but d’obtenir une grande profondeur d’investigation du sol à étudier. On peut aussi ajouter un module capable de détecter les phénomènes physiques perturbateurs afin de les éliminer pour ne traiter que les signaux dus à l’injection de courant.

Ce travail nous a permis de comprendre et de réaliser le convertisseur de tension 12V de la batterie en une tension beaucoup plus élevée (300V) avec une puissance atteignant 200VA. Nous sommes limités en puissance par l’inexistence des composants électroniques à Madagascar. Par ailleurs, une partie du temps de ce travail a été consacré à la compréhension de la structure des microcontrôleurs et l’apprentissage du logiciel MPLAB. Nous avons appris alors à programmer un microcontrôleur et le tester. Ainsi, nous avons pu monter quelques applications du microcontrôleur et les réaliser au laboratoire. Le domaine qui reste à explorer serait d’ajouter un module capable de réaliser un panneau électrique pour que l’utilisateur puisse connaître la structure en 2D du sous sol.

Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE I : LE RESISTIVIMETRE
1- La résistivité
2- La conductibilité
3- La loi d’Ohm
4- Principe
5- Dispositifs et acquisition
CHAPITRE II : LE GENERATEUR DE COURANT
1. L’ALIMENTATION
2. REGULATION DU TENSION DE LA BATTERIE
3. LE GENERATEUR DE TENSION
II.4. LE GENERATEUR DE COURANT
CHAPITRE III : L’INTERFACE
III.1 STRUCTURE INTERNE D’UN MICROCONTROLEUR
III.2 PRESENTATION DU PIC 16F877
III.3 STRUCTURE INTERNE DU 16F877
1)La mémoire du 16F877
2) Les modules internes du 16F877
3) Présentation de la liaison RS232 et du MAX 232
III.4 PIC vers PC
III.5 LA PROGRAMMATION DU PIC
CHAPITRE IV : RESULTATS ET DISCUSSIONS
RESULTAT
DISCUSIONS
CONCLUSION
ANNEXES
BIBLIOGRAPHIE

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