A LGORITHME DE CONTROLE

Le microcontrôleur exécute le programme de gestion du convertisseur Buck pour réaliser les différentes taches :

 Mesurer les différents paramètres : tension de circuit ouvert du panneau, tension du panneau en fonctionnement, tension des supercondensateurs, courant.

 Ajuster le rapport cyclique du convertisseur Buck selon l’usage voulu : recherche du point de puissance maximum (MPP), limiter le courant d’entrée, déconnecter le panneau pour mesurer sa tension de circuit ouvert.

 Activer la sortie quand les condensateurs sont suffisamment chargés (VSC=4,3V). Le système peut être dans 3 états différents :

 En Recherche du point de puissance maximum (mode RMPP).  En Limitation de courant (LC).

 Inactif, en Stop de charge (SC).

L’état de démarrage est l’état Recherche du point de puissance maximum (mode RMPP) : toutes les 10 secondes, la tension de circuit ouvert (V_OC) est mesurée. Le MPP est calculé comme valant 81% de V_OC, cette valeur ayant été mesurée pour la plus faible irradiance, à température ambiante. Le rapport cyclique de contrôle du Buck est alors ajusté pour se placer à cette tension de puissance maximum (VMP). L’algorithme de MPPT par fraction de VOC a été préféré à d’autres méthodes pour sa robustesse (ne cherchant pas réellement le MPP, il ne peut pas planter ou trouver un maximum local) et sa simplicité d’implémentation. De plus, nous avons besoin qu’il soit efficace pour un seul cas d’utilisation : à basse altitude et par temps couvert, c’est-à-dire à faible luminosité et à

75 température ambiante. Dans les autres conditions, la puissance fournie par le panneau est trop importante pour fonctionner au MPP.

Si l’irradiance est trop importante, le courant devient en effet trop important pour rester au MPP. On passe alors dans l’état Limitation de courant (LC). Cet état est activé lorsqu’en étant en mode RMPP, le courant atteint sa valeur maximale. Le rapport cyclique est alors ajusté pour que le courant reste toujours légèrement en dessous du niveau maximum.

L’état de Limitation de courant est également activé pour finir de charger les supercondensateurs. Au courant maximum, la tension générée par l’ESR des supercondensateurs est importante. L’objectif est donc de diminuer progressivement le courant jusqu’à atteindre soit la pleine charge des supercondensateurs, soit l’équilibre entre la puissance de charge et la puissance consommée par les capteurs connectés au système.

L’état Stop charge (SC) est activé lorsque les supercondensateurs ont atteint leur tension maximale (VSC=4,4V). Le système déconnecte alors les panneaux en mettant le rapport cyclique à 0.

Le programme est divisé en deux parties :

 Une boucle principale qui modifie le rapport cyclique et active l’étage de sortie.

 Une fonction d’interruption qui est appelée toutes les 13 ms, qui effectue les mesures de tension (VSC, VPV

et V_OC toutes les 10 secondes) et de courant (I_PV) et active les protections (courant fort, fin de charge des supercondensateurs).

L’algorithme de fonctionnement du système est d’abord décrit exhaustivement ici, puis présenté sous forme de 2 logigrammes synthétiques Figure 85 et Figure 86.

2.2.4.2.1.

DESCRIPTION TEXTUELLE DE L

’

ALGORITHME

Le programme démarre en mode « Recherche MPP » (Recherche du point de puissance maximum).

Chaque 13 ms, une interruption est déclenchée. Durant cette interruption :

 VPV, IPV et VSC sont mesurées

Si le programme est en mode « Recherche MPP » (Recherche du point de puissance maximum)

 Si IPV > IMAX :

o le rapport cyclique D est mémorisé dans D_MAX

o D passe à 0

o le programme passe en mode « Limitation de courant »

 Si VSC > 4,35 V : le programme passe en mode « Limitation de courant » : il va diminuer progressivement le courant maximum pour finir de charger les supercondensateurs

Si le programme est en mode « Limitation de courant » (D ne peut qu’être incrémenté dans ce

mode) :

 Si IPV > IMAX :

o Si D << D_MAX (on est loin de l’ancienne valeur de D, donc forte variation de luminosité et de courant) :

 le rapport cyclique D est mémorisé dans D_MAX

 le rapport cyclique D passe à 0 par sécurité

o Si D < D_MAX (et l’écart entre D et D_MAX est faible) ou D > D_MAX :

 D_MAX = D : on mémorise le nouveau D où le franchissement du courant max est intervenu.

 Si VSC > 4,35 V :

Premier cas d’étude : récupérateur photovoltaïque pour une instrumentation d’essais en vol

76 charger les supercondensateurs à plus faible courant (pas de problème d’ESR), si sa valeur n’est pas déjà la valeur minimum possible

o Si IMAX = I_MAXMIN : On passe en mode « Stop charge » et D va passer à 0 dans la boucle principale puisqu’on ne peut plus diminuer le courant maximum I_MAX.

 Si VSC < 4,35 V : La valeur du courant maximum augmente progressivement pour revenir au fonctionnement normal et charger rapidement les supercondensateurs.

Toutes les 10 secondes :

 Le rapport cyclique actuel est mémorisé, puis mis à 0 (circuit ouvert).  La tension de circuit ouvert du panneau est mesurée.

 L’ancien rapport cyclique est de nouveau appliqué.

 La tension de puissance maximale est calculée : VMP = 81% VOC

 Si VMP < 5V, VMP = 5V (pour que la tension soit toujours suffisante pour alimenter la logique de contrôle).

Boucle principale, en continu (boucle while(1)) :

Si le programme est en mode « Recherche MPP » (Recherche du point de puissance maximum)

 On attend une interruption pour que VPV soit mesuré  Si VPV > VMP : D est incrémenté

 Si VPV < VMP : D est décrémenté

Si le programme est en mode « Limitation de courant » :

 On attend une interruption pour que VPV soit mesuré  Si VPV > VMP : D est incrémenté

 Si VPV < VMP : On passe en mode « Recherche MPP »

Si le programme est en mode « Stop charge » :

 Si VSC < 4,1 : On passe en mode « Recherche MPP »  Si VSC > 4,1 : D=0

Si V_SC > 4,3V :

 On active le régulateur de sortie

Si V_SC < 4V :

 Le signal d’activation passe à 0, les régulateurs de sortie restant activés (OU logique).

77

B

OUCLE

P

RINCIPALE

Figure 85. Logigramme décrivant le fonctionnement de la boucle principale du programme exécuté sur le microcontrôleur.

Premier cas d’étude : récupérateur photovoltaïque pour une instrumentation d’essais en vol

78

R

OUTINE D

’

INTERRUPTION

Figure 86. Logigramme décrivant le fonctionnement de la boucle d'interruption du programme exécuté sur le microcontrôleur.

Dans le document Systèmes de récupération d'énergie pour l'alimentation de capteurs autonomes pour l'aéronautique (Page 76-80)