3_Analyse.tex
\section{Analyse des différentes parties du contrôleur moteur}

\subsection{Partie alimentation}

\insererfigure{img/Partie_alimentation.png}{9cm}{Partie alimentation du driver}{fig:Partie_alimentation}

\indent
Cette partie de la carte représente tout ce qui est l'alimentation de l’ensemble du PCB.

\newparagraph
On peut voir en haut à gauche une résistance de shunt, cette faible résistance est placée en série avec les batteries pour mesurer le courant passant dans le circuit. En surveillant la chute de tension à ses bornes, on peut estimer le courant. 

\newparagraph
Juste à côté, on voit des connecteurs XT60 (J5, J8 et J9) pour connecter plusieurs blocs de batteries en série. Les connecteurs XT60 sont couramment utilisés pour les applications à forte intensité, comme les batteries de drone. Chaque connecteur est relié à une cellule de batterie, ce qui permet au système BMS de surveiller et de gérer les cellules individuellement.

\newparagraph
Ce BMS (Battery Management System) est une interface de gestion de batterie. Il surveille l'état des cellules, équilibre les charges et assure la sécurité en cas de surcharge, surintensité ou court-circuit. Il est connecté aux différentes cellules de batterie via les connecteurs XT60 et reçoit également la mesure du courant grâce au shunt (R1) comme expliqué juste avant.

%%\insererfigure{img/role_bms.png}{3cm}{Le role du BMS}{fig:bms}

\newparagraph
Les connecteurs, J4, J7, et J10, sont des connecteurs 5 broches destinées à relier le BMS à chaque cellule de la batterie pour le contrôle et l'équilibrage des tensions. Le BMS utilise ces connecteurs pour accéder directement aux tensions de chaque cellule.

\newparagraph
Le connecteur à 13 broches, J20, sert à connecter le système à un dispositif de surveillance (le BMS).

\subsection{Partie mesure et contrôle de tension}

\insererfigure{img/Partie_controle.png}{7cm}{Partie mesure et contrôle de la tension d'alimentation}{fig:Partie_contrôle}

\indent
Le signal $Vbus/16$ est utilisé par le microcontrôleur pour mesurer la tension d'alimentation du driver. Les résistances R23 et R24 forment un pont diviseur de tension égal à une fraction de $Vbus$, déterminée par les valeurs de R23 et R24. Le condensateur C10 agit comme un filtre passe-bas, réduisant les variations rapides de la tension.

\begin{displaymath}
    Vsortie = Vbus * \frac{R24}{R23 + R24}
\end{displaymath}

\begin{displaymath}
    Vsortie = Vbus * \frac{2,4k}{36k + 2,4k} = Vbus * \frac{1}{16}
\end{displaymath}

\newparagraph
Les LEDs vertes (D11, D12 et D13) permettent de voir si les différentes sources de tension sont bien fonctionnelles.

\newparagraph
La LED rouge (D14) permet d'afficher un défaut et est connectée à la broche RC7 du microcontrôleur.

\newpage

\subsection{Partie connecteur auxiliaires et throttle}

\insererfigure{img/Partie_auxiliaire.png}{8.5cm}{connecteur auxilaire}{fig:Partie_auxiliaire}

\insererfigure{img/Partie_throttle.png}{7.5cm}{connecteur auxilaire et commande throttle}{fig:Partie_throttle}

\indent
Ici, on a des diviseurs de tension et des protections TVS.

\newparagraph
Une diode de suppression de tension transitoire (TVS) est un composant couramment utilisé pour protéger un dispositif contre les événements transitoires associés à la décharge électrostatique (ESD). (à ne pas confondre avec la diode Zener ou la diode Schottky.) Elle est constituée d'une jonction semi-conductrice p-n qui devient conducteur lors d'une pointe de tension transitoire.

\subsection{Partie connecteur pour le capteur de vitesse}

\insererfigure{img/Partie_capteur_vitesse.png}{15cm}{pins capteur de vitesse}{fig:Partie_capteur_vitesse}

\indent
Ce connecteur permet de connecter un capteur de vitesse analogique ou numérique en fonction de ce que l'utilisateur veut installer. Le pin analogique AN est connecté à AN6 et le pin numérique DI est connecté à RB0, qui est capable de générer des interruptions. 

\newpage

\subsection{Partie connecteur pour la communication UART/I²C}

\insererfigure{img/Partie_communication.png}{8cm}{pins de communication UART/I²C}{fig:Partie_communication}

\indent
Ce connecteur permet la communication UART et I²C avec d'autres appareils. La communication se fait en 3,3 Volts, il est donc important de vérifier que l'appareil connecté communique lui aussi en 3,3 Volts et non en 5 Volts pour éviter d'endommager la carte.

\subsection{Partie programation/debogage PicKIT}

\insererfigure{img/Partie_programer_debug.png}{7cm}{Connecteur du PicKit}{fig:PicKit}

\indent
Ce connecteur permet de brancher un PicKit, afin de programmer et de déboguer le microcontrôleur du contrôleur moteur. Celui-ci est relié directement au microcontrôleur.

\subsection{Partie lecteur de carte micro SD}

\insererfigure{img/Partie_lecteur_carteSD.png}{7cm}{Microcontrôleur}{fig:Microcontrôleur}

\newparagraph
La partie lecteur de carte micro SD est composée de 4 éléments importants :

\newparagraph
\begin{enumerate}
    \item \textbf{Le buffer logique (U3)}
        \begin{itemize}
            \itembullet Il agit comme un traducteur de niveaux logiques.
            \itembullet Bien que dans notre cas, les niveaux hauts de tension soient identiques, il sert principalement de tampon pour protéger et stabiliser les signaux entre le microcontrôleur et la carte SD, tout en maintenant une compatibilité des niveaux de tension.
        \end{itemize}
        
    \item \textbf{Le connecteur (J15)}
        \begin{itemize}
            \itembullet Il permet d'y insérer une carte micro SD.
        \end{itemize}
        
    \item \textbf{La LED verte (D15)}
        \begin{itemize}
            \itembullet Elle permet de signaler une activité liée à la carte SD.
        \end{itemize}
        
    \item \textbf{Le condensateur (C11)}
        \begin{itemize}
            \itembullet Il est utilisé comme stock de coulombs pour stabilité la tension d'entrée du buffer logique.
        \end{itemize}
        
\end{enumerate}

\newpage

\subsection{Partie microcontrôleur}

\insererfigure{img/Partie_microcontrôleur.png}{8cm}{Lecteur de carte micro SD}{fig:CarteSD}

\newparagraph
Le microcontrôleur est le cerveau de cette carte, son rôle est de :

\newparagraph
\begin{enumerate}

    \item  \textbf{Générer les signaux de commande :}
    \newparagraph
    \begin{itemize}
        \itembullet Le microcontrôleur génère les signaux PWM pour piloter le contrôleur des MOSFETs, afin de commander les deux MOSFETs.
        \itembullet Il détermine la tension du monteur DC, mais ne change pas la polarité de celui-ci.
    \end{itemize}

    \item  \textbf{Réguler le courant du moteur :}
    \newparagraph
    \begin{itemize}
        \itembullet Il ajuste la fréquence et le rapport cyclique des signaux PWM pour contrôler la tension du moteur.
        \itembullet En utilisant des boucles de rétroaction (comme PID), il peut maintenir un courant constant, même face à des variations de charge.
    \end{itemize}

    \item  \textbf{Protéger et sécuriser les éléments de la carte :}
    \newparagraph
    \begin{itemize}
        \itembullet Le microcontrôleur surveille les paramètres critiques comme le courant du moteur, la température du MOSFET Q2, la tension de la carte, pour éviter les risques de surchauffe et de surcharge.
        \itembullet Il peut désactiver le moteur en cas de surchauffe et faire clignoter la LED fault.
    \end{itemize}

    \item  \textbf{Communiquer avec des appareils externes :}
    \newparagraph
    \begin{itemize}
        \itembullet Il peut recevoir ou envoyer des données vers un appareil externe en utilisant le protocole UART ou I²C.
        \itembullet Il peut aussi transmet des informations sur l’état du moteur comme la vitesse et le courant consommé par le moteur vers un ordinateur externe pour que l'utilisateur puisse visualiser les données.
    \end{itemize}
    
\end{enumerate}

\subsection{Partie mesure du courant}

 \indent 
 Les deux ampèremètres reposent sur une mesure de tension aux bornes de résistances de shunt. Le premier mesure le courant global de la carte, tandis que le second mesure spécifiquement le courant alimentant le moteur.
 
\insererfigure{img/Partie_mesure_courant_principale.png}{7.5cm}{Mesure du courant de la carte}{fig:CourantPrincipal}

\newparagraph
\textbf{La partie mesure du courant de la carte}, est composé d'un l’amplificateur différentiel  (TSC1031IPT) conçu pour mesurer le courant à travers une résistance de shunt. Voici les étapes de fonctionnement :

\newparagraph
\begin{enumerate}

    \item  \textbf{Mesure via la résistance de shunt (R35) :}
    \newparagraph
    \begin{itemize}
        \itembullet La résistance de shunt (R35, 0.02 $\Omega$) est insérée dans le chemin du courant que l'on veut mesurer (SHUNT\_BATT\_1 et SHUNT\_BATT\_2).
        \itembullet Lorsque le courant traverse R35, une faible différence de tension proportionnelle au courant est générée entre ses bornes I1 et I2.
    \end{itemize}

    \item  \textbf{Amplification du signal différentiel :}
    \newparagraph
    \begin{itemize}
        \itembullet Les bornes VM (pin 1) et VP (pin 5) de l’amplificateur différentiel sont connectées aux bornes de la résistance de shunt (via les résistances R37 et R38).
        \itembullet Cet amplificateur mesure la différence de tension entre VM et VP, puis amplifie cette tension pour produire un signal de sortie proportionnel au courant mesuré.
    \end{itemize}

    \item  \textbf{Filtrage des signaux :}
    \newparagraph
    \begin{itemize}
        \itembullet Les condensateurs C22 et C23 assurent le filtrage des parasites sur les lignes de mesure (VM et VP) pour éliminer les bruits indésirables.
        \itembullet Le condensateur C24 stabilise l’alimentation et le condensateur C25 filtre les variations indésirables sur le signal de sortie.
    \end{itemize}

    \item  \textbf{Sortie du signal amplifié :}
    \newparagraph
    \begin{itemize}
        \itembullet La sortie amplifiée du TSC1031IPT est disponible sur la broche OUT (pin 4).
        \itembullet Cette sortie est connectée à une résistance R39 (1 k$\Omega$) avant d’être accessible via SHUNT\_NORM+ connecté au microcontrôleur et un point de test TP3.
    \end{itemize}

    \item  \textbf{Commutation via SEL :}
    \newparagraph
    \begin{itemize}
        \itembullet La broche SEL (pin 3) peut être utilisée pour la sélection du gain.
        \itembullet Si, SEL=Gnd le Gain du multiplicateur de courant est multiplier par 2.5 et si, SEL=Vcc+ le Gain du multiplicateur de courant est multiplier par 5.
    \end{itemize}

    \item  \textbf{Alimentation :}
    \newparagraph
    \begin{itemize}
        \itembullet Le TSC1031IPT est alimenté en +3.3 V via VCC+ (pin 8) et VCC- (pin 7).
    \end{itemize}

\end{enumerate}

\insererfigure{img/Partie_mesure_courant_moteur.png}{6.5cm}{Mesure du courant du moteur}{fig:courantMoteur}

\newparagraph
\textbf{La partie mesure du courant du moteur}, est composé de plusieurs éléments.

\newparagraph
\begin{enumerate}
    
    \item  \textbf{Mesure via la résistance de shunt (R50) :}
    \begin{itemize}
        \itembullet Les résistances R32 et R34 forment une résistance de shunt, permettant de mesurer le courant en générant une tension proportionnelle à celui-ci.
        \itembullet  Le courant traversant la carte passe par cette résistance de faible valeur, et une faible tension est générée entre la résistance R50 placé entre les bornes SHUNT+ et SHUNT-.
    \end{itemize}

    \item  \textbf{Filtrage des signaux :}
    \begin{itemize}
        \itembullet Les condensateurs (C19, C12) et les résistances (R30, R31, R33) forment un circuit de filtrage passif. Ils éliminent le bruit et stabilisent le signal mesuré.
    \end{itemize}
  
\end{enumerate}

\newpage

\subsection{Partie commande des MOSFETs}

\insererfigure{img/Partie_commande_driver.png}{6cm}{Commande les MOSFETs}{fig:commandeDriver}

 \indent
La partie commande MOSFETs utilise, un driver de MOSFET MIC4104YM permettant de piloter les deux MOSFETs qui vont réguler la tension aux bornes du moteur DC.

\newparagraph
\begin{enumerate}

    \item  \textbf{Alimentation :}
    \begin{itemize}
        \itembullet Le circuit est alimenté par une tension de +12V, qui est filtrée par le condensateur C24 (0,1 µF) connecté entre VDD (broche 1) et la masse (GND).
    \end{itemize}

    \item  \textbf{Entrées PWM :}
    \begin{itemize}
        \itembullet Les résistances R41 et R43 toutes deux de 0$\Omega$ permettent de désolidariser la partie driver des MOSFETs du reste de la carte.  Cette séparation permet de tester driver des MOSFETs avec un générateur de signaux PWM par exemple.
        \itembullet Les signaux PWM1H et PWM1L sont les entrées de commande du driver. Ces signaux passent par les résistances R41 et R43 avant d'atteindre les broches HI (broche 5) et LI (broche 6) du MIC4104YM.
    \end{itemize}

    \item  \textbf{Driver de MOSFET :}
    \begin{itemize}
        \itembullet Le MIC4104YM est un driver de MOSFET haute et basse tension. Il reçoit les signaux PWM et les amplifie pour piloter les MOSFETs.
        \itembullet La broche HB (broche 2) est connectée à un condensateur C27 (0,22 µF) pour stabiliser la tension de la pompe de charge.
        \itembullet La broche HO (broche 3) est la sortie haute tension qui pilote la grille du MOSFET haute tension (MOSFET\_1+).
        \itembullet La broche HS (broche 4) est connectée à la source du MOSFET haute tension (MOSFET\_1-).
        \itembullet La broche LO (broche 5) est la sortie basse tension qui pilote la grille du MOSFET basse tension (MOSFET\_1-).
        \itembullet La broche VSS (broche 8) est connectée à la masse (GND).
    \end{itemize}

    \item  \textbf{Protection :}
    \begin{itemize}
        \itembullet Une diode Schottky (D17) est connectée entre la broche HS et la masse pour protéger contre les surtensions.
        \itembullet La résistance R44 est une résistance de pull-down et a pour but de ramener la tension de la pin PWM1L à GND lorsque celle-ci est flotantte.
    \end{itemize}
    
\end{enumerate}

\subsection{Partie Buzzer}

\insererfigure{img/Partie_buzzer.png}{7cm}{connecteur auxilère}{fig:Partie_buzzer}

\indent
Le buzzer est commandé par un transistor bipolaire qui, lorsqu'il est alimenté, fait retentir le buzzer dans le but de prévenir l'utilisateur d'une action.

\subsection{Partie mesure de température}

\insererfigure{img/Partie_mesure_temp.png}{6.5cm}{connecteur auxilère}{fig:Partie_mesure_temp}

\indent
La sonde de température est une résistance variable placée dans un pont diviseur de tension. Lorsque celle-ci varie en fonction de la température, la différence de potentiel du pin AN12 varie.

\newpage

\subsection{Partie commande et puissance du moteur}

\insererfigure{img/Partie_puissance_MOSFETs.png}{10cm}{Mesure du courant du moteur}{fig:contrôleurMoteur}

La partie du circuit de commande des MOSFETs Q2 et Q3, est composée des éléments suivants :

\newparagraph
\begin{enumerate}

    \item  \textbf{Commande MOSFET Q2 :}
    \begin{itemize}
        \itembullet Les résistances R46 et R47 permettent de limiter le courant au niveau de la grille qui agit comme un condensateur.
        \itembullet Lors de la charge, le courant ne passe que par R46 en raison de la diode Schottky qui est bloquante, Rg = 10 ohms.
        \itembullet Lors de la décharge, le courant passe par R46 et R47 en raison de la diode Schottky qui est passante, Rg = 5 ohms.
        \itembullet La résistance R48 est une résistance de pull-down et a pour but de ramener la tension de la broche MOSFET\_1+ à tension de la source lorsque celle-ci est flottante.
    \end{itemize}

    \item  \textbf{Commande MOSFET Q3 :}
    \begin{itemize}
        \itembullet La commande du MOSFET Q3 fonctionne de la même manière que celle du MOSFET Q2, avec des composants similaire (R51, R52, R53, D20, C29).
        \itembullet la commutation du MOSFET Q3 fonctionne de la même manière.
    \end{itemize}
    
\end{enumerate}