Soutenance mémoire
Les microcontrôleurs envahissent notre environnement sans que nous ne nous rendions compte. Ces petits composants se retrouvent de plus en plus dans tous les matériels que nous utilisons quotidiennement, machine à laver, mulot (souris), ordinateur, téléviseur. Dotés d’une logique programmée, ils sont capables de réagir à l’environnement un peu à la manière d’automates programmables. Mais leurs propriétés ne se limitent pas à offrir un certain nombre d’entrées sorties logiques. Ils sont parfois dotés de fonctions supplémentaires telles que convertisseurs analogiques numériques, horloges temps réel, comptage rapide etc. L’intérêt pour ces composants est directement fonction de leur prix. A noter que nous pouvons, pour moins de 10 Euros (à peu près Ar26000), faire l’acquisition d’un microcontrôleur tout à fait intéressant. Plusieurs fondeurs se partagent ce marché, citons INTEL, MOTOROLA, AMTEL, ZILOG, PHILIPS et enfin MICROCHIP qui nous intéresse ici.
MICROCHIP est l’un des grands fournisseurs, pour ce qui concerne la fourniture de microcontrôleurs. La gamme des produits proposés se décline en trois grandes gammes, le PIC16F84A étant l’un des représentant de la gamme moyenne. Le stockage des informations, essentiellement le programme, peut se faire de 3 manières, en ROM, EEPROM et mémoire flash. La technologie employée se reflète dans la désignation du composant. Dans notre cas le F de PIC16F84A signifie flash.
TRANSISTORS A EFFET DE CHAMP
Le transistor à effet de champ, en anglo-saxon FET (Field Effect Transistor) peut fonctionner en interrupteur comme le transistor bipolaire. Le principe de fonctionnement étant différent, ce composant présente des avantages et des inconvénients par rapport au transistor bipolaire pour la réalisation des convertisseurs de puissance peu élevée.
Description et fonctionnement
Le MOSFET de faible puissance
Dans un semi-conducteur de type P, on a diffusé deux zones de type N sur lesquelles sont soudés les deux contacts de source S et de drain D. Une couche d’oxyde recouvre la zone P située entre la source et le drain. Sur cette couche est soudé le contact de grille G. C’est la succession Métal- Oxyde- Semi-conducteur qui donne le préfixe MOS utilisé pour caractériser ce type de transistor.
Principe de fonctionnement
Si on applique une tension VGS positive entre la grille et la source, le champ électrique qui, à travers la couche d’oxyde, apparaît à la surface de la couche P entre le drain et la source, éloigne de cette zone les porteurs majoritaires (charges positives) et y attire les porteurs minoritaires. A partir d’une certaine valeur de VGS, appelée « tension de seuil » VT, au voisinage immédiat de la couche d’oxyde, il y a plus de charges négatives que de charges positives. Cette zone de type N ainsi formée constitue un « canal » reliant la source et le drain.
Le courant iD ne peut passer que si la tension VGS supérieure à la tension de seuil VT, crée des canaux de type N. La section de ces canaux est alors fonction de VGS – VT. Pour les faibles valeurs de VDS inférieures à quelques volts, le courant iD est faible, son passage dans les canaux n’en modifie pas la résistivité et le courant iD croît proportionnellement à VDS. Le courant iD reste pratiquement constant lorsque VDS augmente. Les caractéristiques sont horizontales. La valeur de VDS correspondant à la saturation des canaux est appelée: tension de « pincement » Vp. En électronique de puissance, on demande au transistor de fonctionner en interrupteur : L’interrupteur sera « ouvert » pour VGS inférieur à VT. En faite, on réalisera l’ouverture en mettant VGS = 0. La résistance RDS OFF entre le drain et la source est alors pratiquement infinie. L’interrupteur sera « fermé » lorsque VGS sera suffisant pour qu’à une valeur de iD donnée, la chute de tension VDS soit très faible.
Caractéristiques d’entrée
La grille étant isolée, il n’y a théoriquement pas de courant circulant entre grille et source. En fait, il y a un faible courant de fuite très voisin du micro-ampère. L’impédance d’entrée très élevée, supérieure au Mégaohm, constitue le principal avantage du transistor MOSFET sur le transistor bipolaire. Cette impédance est essentiellement capacitive.
On peut tracer des caractéristiques de transfert donnant iD en fonction de VGS à VDS constant. Elles montrent comment, dès que VGS dépasse la tension de seuil VT, généralement comprise entre deux et quatre volts, le courant iD croît rapidement. La pente des caractéristiques de transfert est appelée « transconductance directe » gFS.
HACHEUR EN PONT
Commutations
Commutation naturelle :
Une commutation est naturelle quand l’extinction du courant dans la voie à ouvrir ne nécessite pas d’action spécifique sur le semi- conducteur qui ferme cette voie :
❖ soit parce que le courant s’éteint de lui-même
❖ soit parce que la phase de fonctionnement suivante provoque automatiquement cette extinction.
Commutation forcée :
Une commutation est forcée quand le courant dans un semi-conducteur à fermeture commandée ne s’éteint ni de lui- même, ni du fait du déblocage du semi- conducteur suivant. L’extinction nécessite une action spécifique :
❖ soit une action sur son électrode de commande s’il s’agit d’un composant à fermeture et ouverture commandée (transistor, thyristor GTO),
❖ soit l’addition d’un circuit auxiliaire de commutation si le composant ne peut être commandé qu’à la fermeture. Ce circuit auxiliaire est aussi appelé « circuit d’extinction ».
Semi- conducteur incorporé dans le convertisseur
Commutation d’une voie inductive
Si la voie à ouvrir comporte une inductance L notable (ici, en pratique, une inductance constituant un élément du schéma de principe du convertisseur, de son alimentation ou de sa charge), cette inductance traversée par le courant i contient une énergie 1/2Li² . Pour ouvrir cette voie, il faut éteindre le semi- conducteur mais surtout « transférer l’énergie de l’inductance dans une autre voie ». C’est ce phénomène de l’évacuation de l’énergie qui est le plus important. Il détermine la durée de l’annulation du courant et la difficulté de l’extinction. Les caractéristiques dynamiques du semi- conducteur n’interviennent ensuite, que lors du rétablissement de la tension à ses bornes.
Sources
La définition de la nature d’un générateur ou d’un récepteur en électronique de puissance diffère de celle couramment adoptée en électrotechnique. Il faut préciser cette façon particulière de caractériser la source et la charge situées de part et d’autre d’un hacheur; car ce sont elles qui imposent la structure du convertisseur. En « électronique de puissance », surtout pour les hacheurs qui opèrent par découpage de la grandeur continue d’entrée, on doit caractériser les générateurs et les récepteurs par leur comportement vis-à-vis des signaux hachés, c’est-à-dire vis-à-vis des rapides variations correspondantes aux commutations.
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Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE 1- TRANSISTORS A EFFET DE CHAMP
1-1- DESCRIPTION ET FONCTIONNEMENT
1-1-1- le MOSFET de faible puissance
1-2- PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT
1-3- CARACTERISTIQUES STATIQUES
1-3-1- Caractéristiques de sortie
1-3-2- Caractéristiques d’entrée
1-3-3- Résistance apparente à l’état passant
1-4- LES COMMUTATIONS
1-4-1- Les capacités parasites et leur charge
1-4-2- Commutation à la fermeture
1-4-3- Commutation à l’ouverture
CHAPITRE 2- HACHEUR EN PONT
2-1- COMMUTATIONS
2-1-1- Commutation naturelle
2-1-2- Commutation forcée
2-2- SEMI-CONDUCTEUR INCORPORE DANS LE CONVERTISSEUR
3-2-1- Commutation d’une voie inductive
2-3- SOURCES
2-3-1- Définitions
2-3-2- Représentation
2-3-3- Condition d’emploi
a)- source de tension
b)- source de courant
2-4- REVERSIBILITE DES GENERATEURS ET DES RECEPTEURS
2-4-1- Réversibilité instantanée
2-4-2- Exemple de sources en courant continu
2-4-3- Exemple de sources en courant alternatif
2-5- HACHEUR EN PONT
2-5-1- Schématisation des interrupteurs
a)- Interrupteurs unidirectionnels
– Convertisseur à commutation naturelle
– Convertisseur à commutation forcée
b)- Interrupteurs bidirectionnels
2-5-2- Définition du hacheur en pont
2-5-3- Cas fréquent
2-5-4- Mode commande
a)- Commande continue
CHAPITRE 3- MICROCONTRÔLEUR PIC 16F84A
3-1- INTRODUCTION
3-2- COMPOSITION ET FONCTIONNEMENT DES PICs
3-2-1- Les différentes familles des PICs
3-2-2- Identification d’un PIC
3-2-3- La mémoire programme
3-2-4- La mémoire RAM
3-2-5- La mémoire EEPROM
3-2-6- Le Watchdog
3-2-7- Le Timer
3-2-8- Les entrées – sorties
3-3- ORGANISATION DES INSTRUCTIONS
3-3-1- Les instruction « orientées – octets »
3-3-2- Les instructions « orientées – bits »
3-3-3- Les instructions générales
3-3-4- Les sauts et appels de sous – routine
3-4- PANORAMIQUES DES INSTRUCTIONS
3-5- LES INDICATEURS D’ETAT
3-5-1- L’indicateur d’état « Z »
3-5-2- L’indicateur d’état « C »
3-6- EXPLICATION DES REGISTRES FONDAMENTAUX
3-6-1- Les registres « PCL » et « PCLATH »
3-6-2- Le registre « W »
3-6-3- Le registre « STATUS »
3-6-4- Le registre « OPTION »
3-6-5- Les registres « PORTA » et « TRISA »
3-6-6- Les registres « PORTB » et « TRISB »
3-7- LE JEU D’INSTRUCTIONS
3-8- LES INTERRUPTIONS
3-8-1- Définition
3-8-2- Mécanisme général d’une interruption
3-8-3- Mécanisme d’interruption sur les PICs
3-8-4- Les sources d’interruption du PIC 16F84A
3-8-5- Les registres « INTCON »
CHAPITRE 4- COMMANDE REVERSIBLE D’UN MOTEUR A COURANT CONTINU PAR UN HACHEUR EN PONT ET UN PIC 16F84A
4-1- GENERALITE
4-2- PRINCIPE
4-2-1- Schéma de principe
4-2-2- Principe
4-3- ETUDE ET FONCTIONNEMENT
4-3-1- Description
4-3-2- Organigramme du fonctionnement du système
4-3-3- Configuration
4-3-4- Sous-routine de temporisation
4-3-5- Programmation en assembleur
CHAPITRE 5- ASSEMBLEUR MPLAB
CONCLUSION
