Système de Stockage Bidirectionnel

Protection multicouches

• NTC limitation inrush : 1× 0,5Ω/30A @25°C (0.039mΩ @12A 5,6W permanent)
• Protection foudre : Éclateur gaz + Varistance 431KD20 (430V, 20kA)
• Surveillance thermique : NTC collées (varistor, inductance mode différentielle, noyau mode commun, NTC inrush)

Filtrage CEM triple étage mode différentiel

• Cellule 1 : L1=22µH (8mΩ, 19A) + C1=4,7µF X2 → fc=15,65kHz
• Cellule 2 : L2=22µH (8mΩ, 19A) + C2=6,8µF X2 → fc=13,01kHz
• Cellule 3 : L3=22µH (8mΩ, 19A) + C3=10µF X2 → fc=10,73kHz
• Atténuation 80kHz : -31dB / -35dB / -38dB par cellule → -100dB total

Filtrage mode commun final

• Inductance bifilaire : 5mH (2×6,5mΩ, 21A) nanocristallin
• Condensateurs Y1 : 2×4,7nF (500VAC) Phase/Neutre → Terre
• Fréquence de coupure : fc=23,2kHz → Atténuation -24dB @ 80kHz
• Courant de fuite : <0.75mA (conforme normes sécurité NF C 15-100, inférieur à 3.5mA)

Bilan thermique (régime permanent 12A)

• Inductances différentielles : 9,6W (6× L_diff) → Échauffement +30-45°C
• Inductance mode commun : 3,9W → Échauffement +35-45°C
• NTC (régime chaud) : 5.6W → Résistance stabilisée ~0,039Ω
• Pertes totales étage 1 : 19,1W → Rendement 99,3%

Redressement ultra-faible Vf

• Pont diodes : GBJ3506ULV (35A, Vf 0,85V vs 1,1V standard)
• Économie pertes : -23% vs pont standard (8,5W vs 11W @ 10A)
• Dissipateur : R_th <2°C/W avec surveillance NTC
• Découplage terre : 2× condensateurs Y1 1nF au plus près du pont

Filtrage bus DC hybride

• Haute fréquence : 6µF (ESR 5,9mΩ) + 25µF (ESR 4,8mΩ) X2
• Stockage énergie : 2× 2200µF 400V (ESR 55mΩ, >12000h @ 80%)
• Énergie stockée : 232 joules (93ms autonomie transitoire)
• Protection surtension : TVS SMCJ440CA bidirectionnelle (3000W)

Mesure tension isolée haute précision

• Diviseur : Pont 0,143% précision (ratio 1:1001)
• ADC 16-bit : ADS1115 (échelle ±1,024V → erreur typique ±0,2%)
• Isolation I2C : ADuM1250 (2500V galvanique)
• Supervision courant : Hall CT433-HSWF50MR (50A, isolation 3000V)

Filtre 7ème ordre (4 cellules LC)

• Architecture : 3 inductances + 4 condensateurs en cascade (ordre 3+4=7)
• Configuration : Cellules en PI avec condensateurs hybrides films + céramiques
• Topologie : 325V → C1 → L1//R1 → C2 → L2//R2 → C3 → L3//R3 → C4 → Pont H

Cellule 1 : Filtrage initial

• Inductance : L1=47µH (15A, R_DC <50mΩ) avec R1=6,2Ω amortissement
• Condensateur : C1=2,2µF film MKP (ESR 8mΩ) + 2×100nF NP0 parallèle
• Fréquence coupure : fc1=15,65kHz | Facteur Q≈23 (sur-amorti contrôlé)
• Atténuation 80kHz : -55dB (facteur 560×)

Cellules 2 et 3 : Filtrage renforcé

• Inductances : L2,L3=47µH (15A) avec R2,R3=5,1Ω
• Condensateurs : C2,C3=3,3µF MKP (ESR 6mΩ) + 3×100nF NP0 chacun
• Fréquences coupure : fc2=fc3=12,78kHz | Facteur Q≈23
• Atténuation 80kHz : -58dB par cellule (facteur 800× chacune)

Cellule 4 : Découplage final

• Condensateur sortie : C4=2,2µF MKP + 2×100nF NP0
• Fonction : Réservoir énergie + absorption transitoires pont H
• Contribution : +6dB atténuation haute fréquence

Performance globale filtre

• Pente asymptotique : -140dB/décade (7×20dB)
• Atténuation mesurée 80kHz : -75 à -85dB (facteur 5600 à 17800×)
• Impédance série 80kHz : ~71Ω (3×23,6Ω inductances)
• Orientation inductances : L1 ⊥ L2 ⊥ L3 (couplage magnétique minimisé)
• Espacement composants : >25mm entre inductances pour isolation magnétique

Pont en H Full-Bridge

• MOSFETs : 4× IMZA65R015M2H Infineon (650V, 15mΩ)
• Pertes calculées : 1,75W par MOSFET → 7W total @ 2,5kW
• Drivers isolés : 2× SI8274 (5kV, 4A peak, dead-time intégré)
• Snubbers récupération : 33nF + diode SiC STT2R06U par MOSFET
• Alimentations : 2× 15V flotantes isolées (une par demi-pont)

Transformateur Flyback PQ65/60DG

Noyau magnétique gapped

• Référence : TDK B65982Q0250K095 (PQ65/60 double gap)
• Matériau : N95 Mn-Zn ferrite (optimisé 50-200kHz)
• AL-value : 250 nH/N² ±10% (tolérance 225-275 nH/N²)
• Section effective : Ae=600 mm² | Volume Ve=82 cm³
• Longueur magnétique : le=137 mm
• Entrefer total : 1,58 mm distribué (G1=11,18mm central, G2=1,00mm, G3=0,58mm)
• B_sat @ 100°C : 400 mT | Pertes volumiques @ 80kHz : 70 mW/cm³
• Poids : 440g | Température Curie : >220°C

Enroulement primaire

• Nombre de spires : Np=30 spires
• Fil conducteur : Litz 330×0,1mm (330 brins Ø0,1mm)
• Section cuivre : 2,59 mm² (densité 3 A/mm²)
• Inductance primaire : Lp=225 µH (plage 202-248 µH)
• Résistance DC : R_DC=29 mΩ @ 25°C
• Courant RMS nominal : 7,8A @ 2,5kW | 11A @ 3,5kW
• Induction magnétique : B_max=113 mT @ 2,5kW | 118 mT @ 3,5kW
• Marge saturation : 72% @ 2,5kW | 70% @ 3,5kW (excellente)
• Longueur fil : ~4,5m | Pertes cuivre : 1,76W @ 2,5kW

Enroulements secondaires (double point milieu)

• Configuration : 2 enroulements symétriques avec point milieu
• Nombre de spires : Ns=6 spires par enroulement
• Ratio transformation : Np:Ns = 30:6 = 5:1
• Fil conducteur : Litz 1000×0,1mm (1000 brins Ø0,1mm)
• Section cuivre : 7,85 mm² par enroulement (densité 2,5 A/mm²)
• Résistance DC : R_DC=1,9 mΩ par enroulement @ 25°C
• Courant RMS nominal : 19,4A par enroulement @ 2,5kW | 27A @ 3,5kW
• Tension sortie : 50-75V (fonction duty cycle 0,4-0,6)
• Longueur fil : ~0,9m par enroulement | Pertes cuivre : 1,43W total @ 2,5kW

Enroulement auxiliaire contrôle

• Fonction : Mesure point milieu + détection démagnétisation
• Nombre de spires : 3 spires (tension feedback 19,5V)
• Connexion : Interface STM32H757 (ADC 16-bit isolation galvanique)
• Usage : Régulation précise tension sortie + optimisation timing

Technique bobinage alterné (interleaved)

• Méthode : Alternance primaire/secondaires par couches
• Séquence : Prim(15sp) → Sec1(6sp) → Prim(15sp) → Sec2(6sp)
• Couplage magnétique : k≈0,95 (inductance fuite <1,2%)
• Inductance fuite : L_leak<2,7 µH (1,2% de Lp)
• Avantages : Réduction effet proximité, dissipation thermique améliorée
• Isolation : Triple isolant 3 couches (0,2mm) entre primaire/secondaires

Occupation fenêtre bobinage

• Cuivre primaire : 30sp × 2,59mm² = 78 mm²
• Cuivre secondaires : 2 × (6sp × 7,85mm²) = 94 mm²
• Cuivre total : 172 mm²
• Surface bobinage : 172 / 0,45 (coef. remplissage) ≈ 383 mm²
• Fenêtre disponible : ~650 mm²
• Taux occupation : 59% (optimal pour fabrication artisanale)

Bilan pertes transformateur

• Pertes fer @ 2,5kW : 5,7W (B_max=113mT, 80kHz, matériau N95)
• Pertes cuivre primaire : 1,76W (I²R avec R_DC=29mΩ)
• Pertes cuivre secondaires : 1,43W (2 enroulements, R_DC=1,9mΩ chacun)
• Pertes totales transformateur : 8,9W @ 2,5kW permanent
• Pertes @ 3,5kW pointe : 12,5W (30 min max avec ventilation)
• Rendement transformateur : 99,64% @ 2,5kW | 99,64% @ 3,5kW

Surveillance thermique transformateur

• TH6 : NTC 10kΩ collée noyau PQ65 (seuil alarme 95°C, arrêt 110°C)
• TH7 : NTC 10kΩ noyée enroulement primaire (seuil alarme 105°C, arrêt 120°C)
• TH8, TH9 : NTC 10kΩ enroulements secondaires (surveillance différentielle)
• Température noyau @ 2,5kW : ~35°C avec ventilation (excellent)
• Température @ 3,5kW (30min) : ~50-55°C avec ventilation forcée
• Marge thermique : >40°C vs seuils alarme (très confortable)

Feedback et régulation

• Mesure courant primaire : Shunt 5mΩ ±0,5% + AMC1301 isolé (7kV, 100kHz BP)
• Mesure tension sortie : Point milieu secondaire → diviseur 0,1% + ADC 16-bit
• Mesure courant sortie : Shunt 2mΩ secondaire + AMC1301 par branche
• Contrôleur : STM32H757BIT dual-core @ 480MHz (temps réel <1µs)
• Modes régulation : CC (35A constant) | CV (73V constant) pour batterie LiFePO4
• Optimisations : Duty cycle adaptatif, soft-switching, phase-shift dynamique

Ventilation forcée obligatoire

• Type : Ventilateur 80×80mm 12V brushless
• Débit minimum : 20-30 CFM (35-50 m³/h)
• Référence suggérée : Sunon MF80251V1 (28 CFM, silencieux)
• Positionnement : Flux d'air sur transformateur + dissipateurs MOSFETs
• Contrôle : PWM selon température noyau (50% si T<60°C, 100% si T>70°C)

Feedback courant isolé

• Shunt primaire : 5mΩ ±1% précision
• Amplificateur isolé : AMC1301 (7kV, bande passante 100kHz)
• Optimisation temps réel : Ajustement duty cycle et phase-shift

Topologie flyback isolé TOP271EG

• Circuit intégré : TOP271EG (Power Integrations) - Flyback controller intégré 132kHz
• Entrée : 325 VDC (bus DC principal)
• Sorties : 4× 14,5-16V isolées (1A max par sortie, réserve gate MOSFETs)
• Puissance totale : ~65W (4×15W drivers + marge gate charge)
• Architecture référence : PI-5667-030810 (19V/65W adapté 15V)
• Régulation : Feedback LMV431 + optocoupleur TCET1109 depuis sortie référence

Filtre entrée 5ème ordre

• Architecture : 2 inductances + 3 condensateurs (C-L-C-L-C)
• Topologie : 325V → C1 → L1//R1 → C2 → L2//R2 → C3 → TOP271
• Condensateurs : C1,C2,C3 = 2,2µF MKP 450V + 100nF NP0 parallèle
• Inductances : L1,L2 = 1mH / 0,5A avec R1,R2 = 47Ω amortissement
• Fréquence coupure : fc≈3,4kHz | Atténuation -50dB @ 132kHz
• Impédance série : ~830Ω par inductance @ 132kHz
• Courant nominal : 0,2A RMS @ 65W / 325V (très faible)
• Pertes filtre : <0,5W (négligeable)

Transformateur ETD29 multi-sorties

Choix noyau magnétique optimal

• Référence recommandée : TDK B66358G0200X187 (ETD29 N87, gap 0,2mm)
• Matériau : N87 Mn-Zn ferrite (optimisé 25-200kHz)
• AL-value : 383 nH/N² (gap 0,2mm) | Tolérance AL ±30/-20%
• Section effective : Ae=76 mm²
• Volume magnétique : Ve=5350 mm³ = 5,35 cm³
• Longueur magnétique : le=70,4 mm
• Gap central : 0,2mm (stabilité AL, inductance fuite faible)
• Perméabilité effective : µe=281
• Pertes volumiques : <2,8W/set @ 100kHz, 200mT, 100°C
• Poids : 28g | Température Curie : >215°C

Alternative sans gap (si disponible)

• Référence : B66358G0000X187 (ETD29 N87 ungapped)
• AL-value : 2200 nH/N² (gap ajusté manuellement 0,3-0,5mm)
• Avantage : Flexibilité ajustement inductance primaire

Enroulement primaire

• Nombre de spires : Np=64 spires
• Inductance primaire : Lp = 383 nH × 64² ≈ 1,57 mH
• Inductance cible : 1,2-2,0 mH (mode discontinu TOP271)
• Fil conducteur : Ø0,35mm émaillé (section 0,096 mm²)
• Courant RMS : ~0,2A @ 65W (densité 2,1 A/mm²)
• Courant peak : ~1,2A (mode DCM, duty <0,5)
• Longueur fil : ~9m | Résistance DC : R_DC≈16 Ω @ 25°C
• Pertes cuivre primaire : 0,2² × 16Ω ≈ 0,64W
• Induction magnétique : B_max≈180mT @ 65W (marge confortable vs 400mT)

Enroulement auxiliaire auto-alimentation (bias winding)

• Fonction : Auto-alimentation TOP271 après startup (broche BYPASS)
• Nombre de spires : Ns_aux=5 spires
• Ratio : 64:5 = 12,8:1
• Tension théorique : V_aux = 325V / 12,8 ≈ 25,4V (avant régulation)
• Tension rectifiée : ~14-15V après diode Vf=0,7V + régulateur interne TOP271
• Fil conducteur : Ø0,4mm (section 0,126 mm²)
• Courant consommation TOP271 : ~10mA nominal (MOSFET driver interne)
• Diode redressement : 1N4148 ou BAT85 Schottky (100V, 200mA suffisant)
• Filtrage : 100µF/25V + 100nF céramique (broche BYPASS TOP271)
• Démarrage : Startup via résistance 150kΩ depuis 325V, puis relais par enroulement auxiliaire
• Placement bobinage : Entre primaire et secondaires (couplage optimal)

Enroulements secondaires drivers (4× identiques)

• Nombre de spires : Ns=4 spires (chacun)
• Ratio transformation : Np:Ns = 64:4 = 16:1
• Tension théorique : V_sec = 325V / 16 ≈ 20,3V (avant régulation)
• Tension rectifiée : ~15,5V après diode VF=0,7V (régulation LMV431 → 15V)
• Fil conducteur : Ø0,8mm émaillé (section 0,50 mm²)
• Courant nominal : 0,8A continu + réserve 2A peak (gate MOSFETs)
• Densité courant : 0,8A / 0,50mm² = 1,6 A/mm² (confortable)
• Longueur fil : ~0,6m par enroulement
• Résistance DC : R_DC≈2 mΩ par enroulement @ 25°C
• Pertes cuivre secondaire : 4 × (0,8² × 2mΩ) ≈ 5 mW (négligeable)
• Isolation inter-secondaires : 2,5kV (triple isolant 0,15mm)

Technique bobinage multi-sorties

• Couche 1 : Primaire 64 spires (2 couches 32sp chacune)
• Isolation primaire : 2 couches ruban polyester (0,1mm total)
• Couche 2 : Auxiliaire TOP271 (5 spires) - Auto-alimentation bias
• Isolation primaire/secondaire : 4 couches ruban polyester (0,2mm total, renfort)
• Couche 3 : Secondaire 1 (4 spires) - Sortie référence feedback
• Isolation inter-secondaires : 1 couche ruban (0,05mm)
• Couche 4 : Secondaire 2 (4 spires) - Driver SI8274 #1
• Isolation inter-secondaires : 1 couche ruban (0,05mm)
• Couche 5 : Secondaire 3 (4 spires) - Driver SI8274 #2
• Isolation inter-secondaires : 1 couche ruban (0,05mm)
• Couche 6 : Secondaire 4 (4 spires) - Driver 1EDI60I12AF
• Sens bobinage : Identique pour tous secondaires (phasing correct)
• Marquage polarité : Point début enroulements (cathode diodes)
• Inductance fuite : <3% Lp (bobinage soigné, auxiliaire proche primaire)
• Total enroulements : 1 primaire + 1 auxiliaire + 4 secondaires = 6 enroulements

Surveillance thermique transformateur

• TH10 : NTC 10kΩ β3950 noyée enroulement primaire (entre couches)
• Seuil alarme : 80°C (logging événement, surveillance dégradation)
• Seuil arrêt : 90°C (shutdown système complet via STM32)
• Température nominale : ~50-55°C @ 65W (convection naturelle)
• Élévation température : +25-30°C au-dessus ambiante

Bilan pertes transformateur

• Pertes fer @ 132kHz : B_max=180mT → Pv≈1,2W/cm³ → P_fer≈6,4W
• Pertes cuivre primaire : 0,64W
• Pertes cuivre secondaires : <0,01W (négligeable)
• Pertes totales transformateur : ~7W
• Rendement transformateur : (65-7)/65 ≈ 89%

Régulation et feedback

Sortie référence régulée (sortie 1)

• Référence tension : LMV431AIMF (Texas Instruments, précision ±0,5%)
• Tension référence : 1,24V (vs 2,5V TL431 standard)
• Diviseur résistif : R_haut=110kΩ 1% + R_bas=10kΩ 1%
• Tension sortie : V_out = 1,24V × (1 + 110k/10k) = 15V ✅
• Ajustement : Potentiomètre 10kΩ série avec R_bas (14,5-16V)
• Stabilité : Condensateur compensation 22nF parallèle R_haut
• Courant cathode LMV431 : 1-10mA (régulation active)

Optocoupleur feedback

• Référence : TCET1109 (Vishay, CTR=50-200%, isolation 5kV)
• LED IR : If=5-10mA nominal via LMV431
• Résistance série LED : 470Ω (limite courant LED)
• Phototransistor : Collecteur → broche CONTROL TOP271
• Pull-up CONTROL : 10kΩ vers 5V interne TOP271
• Compensation : 47nF + 10kΩ série (stabilité boucle)
• Temps réponse : <200µs (régulation rapide)

Redressement et filtrage sorties

Diodes redressement

• Référence : VB30100C (Vishay, SiC Schottky 30V/10A)
• Tension inverse : 30V (marge confortable pour 15V + surtensions)
• Courant moyen : 10A (largement surdimensionné pour 1A)
• Chute tension : Vf≈0,4-0,5V @ 1A (très faible)
• Temps recouvrement : <10ns (SiC ultra-rapide)
• Configuration : 1 diode par sortie (4× VB30100C total)

Filtrage par sortie (4× identiques)

• Condensateur principal : 2× 470µF/25V low-ESR électrolytique (ESR<30mΩ)
• Total capacité : 940µF par sortie
• Découplage céramique : 100nF X7R + 10nF NP0 (filtrage HF)
• Placement : Condensateurs au plus près drivers SI8274/1EDI60I12AF
• Ripple tension : <50mV pp @ 132kHz (excellent)
• Impédance sortie : ~15mΩ @ 132kHz (ESR condensateurs)
• Temps réponse transitoire : <100µs (charge gate MOSFETs)

Circuit TOP271EG

• Alimentation startup : Résistance 150kΩ/2W depuis 325V (courant 2,2mA)
• Puissance startup : 325V × 2,2mA ≈ 0,7W (dissipation résistance)
• Temps startup : Charge condensateur BYPASS 100µF → ~200ms
• Alimentation run : Enroulement auxiliaire 5 spires → 14-15V (auto-alimenté)
• Transition startup→run : Automatique dès oscillation TOP271 (économie 0,7W)
• Diode auxiliaire : BAT85 Schottky (40V/200mA, Vf=0,4V) ou 1N4148
• Condensateur BYPASS : 100µF/25V électrolytique + 100nF céramique (broche BP/M)
• Tension BYPASS : 5,7-6,5V régulé interne (seuil UVLO 5,4V)
• MOSFET intégré : 700V/2,9A, RDS(on)=18Ω @ 100°C
• Fréquence auto-oscillation : 132kHz ±10% (dépend charge et inductance primaire)
• Protection OCP : Limitation courant 2,9A source interne (auto-recovery)
• Protection OVP : Zener 18V sur sortie référence (surtension secondaire)
• Protection thermique : Shutdown intégré @ 145°C junction (auto-restart <125°C)
• Dissipateur TOP271 : Plaquette alu 3×3cm isolée (R_th≈10°C/W)
• Température junction : ~90-100°C @ 65W (acceptable, marge 45°C vs shutdown)

Performances alimentation auxiliaire

• Puissance entrée : ~80W @ 325V (pertes ~15W)
• Rendement global : 65W / 80W ≈ 81% (typique flyback faible puissance)
• Pertes détaillées : Transfo 7W + TOP271 5W + diodes 2W + filtre 0,5W = 14,5W
• Régulation ligne : ±0,5% (300-350V entrée, feedback LMV431)
• Régulation charge : ±1% (10-100% charge par sortie)
• Ripple sortie : <50mV pp @ 132kHz
• Temps montée : <500ms (startup depuis 325V, charge condensateurs)
• Isolation primaire/secondaire : 4kV (test 1 minute)
• Isolation sortie/sortie : 2,5kV (enroulements séparés)
• Protection court-circuit : Auto-recovery TOP271 (hiccup mode)

Affectation des sorties drivers

• Sortie 1 (référence feedback) : Driver SI8274 #1 demi-pont haut flyback principal
• Sortie 2 : Driver SI8274 #2 demi-pont bas flyback principal
• Sortie 3 : Driver 1EDI60I12AF #1 redressement synchrone branche 1
• Sortie 4 : Driver 1EDI60I12AF #2 redressement synchrone branche 2
• Courant disponible : 1A continu + 2-3A peak (réserve charge gate)
• Référencement : Chaque sortie référencée à sa source MOSFET respective (isolation totale)

Innovation : Synchronous Rectification

• Diodes SiC : 2× GD60MPS06H (650V 6A, Vf 0,85V)
• MOSFETs sync : 4× IRF100P218 PMOS (back-to-back, 3mΩ)
• Drivers isolés : 2× 1EDI60I12AF (2,5kV, commande intelligente)
• Mesure courant : 2× shunts 5mΩ + AMC1301 par branche

Contrôle intelligent STM32

• Activation : MOSFETs ON si courant >1A (montée 100µs)
• Désactivation : MOSFETs OFF si courant <0,5A (hystérésis)
• Réduction pertes : -93,8% vs diode seule (29,75W → 1,84W par branche)
• Protections : Courant inverse, surtension, surchauffe

Filtrage sortie (3 cellules PI)

• Condensateurs : 3× (200µF + 10µF PP + 100nF NP0) = 600µF total
• Inductances : 2× 47µH // 5,1Ω (amortissement optimal)
• Ripple sortie : <5mV pp @ 2,5kW (atténuation ×1000)
• Impédance : ~5mΩ @ 80kHz (ESR films polypropylène)

Dissipation thermique

• Configuration : 2 dissipateurs (un par branche)
• R_th : <1°C/W par dissipateur
• Température : ~47°C @ 2,5kW (vs 100°C diode seule)
• Surveillance : 2× NTC (TH8, TH9)