hacheur 4 quadrants

[bunn]

Bonjour à tous,

Je viens vous demander de l'aide pour un hacheur 4 quadrants !

Je l'ai réalisé avec quatre transistors N-MOS, quatre diodes, une alimentation continue.
Les transistors possédant les caractéristiques suivantes : Vdss = 30 V et Id = 64 A.
Les diodes : Vrrm(repetitive peak reverse voltage) = 45 V, If = 30 A.

J'ai testé le hacheur sur 2 moteurs différents :

• un qui consomme du 5A avec une tension 12V
• un deuxième qui consomme 0.3A avec une tension de 7V

Je rencontre des problèmes (pour les deux moteurs) :

• d'échauffement important des transistors pour les deux moteurs (d'ailleurs j'en ai grillé une).
• au démarrage des moteurs (je pense que c'est à ce moment que les transistors chauffent car il y a un pique de courant).

Autres précisions :
_ Les grilles des transistors sont reliées (par pair) directement au + de l'alimentation, lorsqu'ils doivent être passant.
_ je n'ai pas d'inductance en série avec le moteur.

Je pense que l'échauffement est dû au fait que je n'ai pas mis d'inductance pour lisser le courant, mais je n'en suis pas sûr, donc je demande une confirmation puis je ne pense pas que ce soit la seule raison.
D'autre part, s'il faut mettre cette inductance comment la dimensionner ?

En espérant que quelqu'un réponde à mon appel de détresse, je vous en remercie par avance !

@+

[gcortex]

en principe, on ne relie pas de grilles ensemble
fais voir ton schéma

si tu commutes les 2 transistors d'un coté à tour de role,
il faut un temps mort de quelques µs pour éviter la transconduction

as tu vraiment besoin de hacher dans les 4 cadrans en même temps ?

[bunn]

Salut Gcortex,

Tu trouveras en fichier joint le montage.

On m'a dit qu'il fallait que je limite le courant dans Rds. Que c'était dû à cela que mon transistor chauffe trop. Puis-je avoir une confirmation ?
Pour limiter le courant dans Rds, il s'agit de mettre une certaine tension à la grille, c'est bien ça ?
J'avais fait un pont diviseur de tension la première fois VCC/4 avec VCC=12V, auquel j'avais relié les grilles (V1, V3 par exemple) ; et rien ne se passait du coup j'avais essayé de mettre directement les grilles à VCC.

si tu commutes les 2 transistors d'un coté à tour de role,
il faut un temps mort de quelques µs pour éviter la transconduction

Pour le moment je ne commute pas à une vitesse très élevée. Parce que c'est moi qui fait la commutation en changeant de fil


as tu vraiment besoin de hacher dans les 4 cadrans en même temps ?

J'ai besoin de faire tourner le moteur dans les deux sens, Il m'a semblé que c'est un hacheur 4 quadrants qu'il me fallait (y a-t-il un autre montage ? En fait qu'est-ce qu'on entend par quatre quadrant ? J'ai du mal comprendre).
Sinon j'aurai besoin plus tard de faire varier la vitesse du moteur avec une PWM (quand j'aurai ma PWM, V1 et V3 y seront reliés et plus à VCC).


Merci bcp pour ton aide GCORTEX !

Bunn

[bunn]

Encore une question, pourquoi on ne relie pas les grilles ensemble ?

@++
bunn

[bunn]

Y a personne ??

Bunn

[HULK28]

Salut,

il aurait été mieux de montrer le plus important c'est à dire la commande.
En l'état ton schéma ne peut fonctionner correctement.
1/Les gates de tes Mos ne doivent pas rester "en l'air".
2/Lorsque tu veux faire tourner le moteur dans un sens il y a 2 choses indispensables à faire:

A/ Appelons le Mos du haut à gauche T1 celui du dessous T2 celui en haut à droite T3 et enfin T4 celui à droite en bas.

Pour activer le moteur on doit satisfaire T1=on, T4=on et T3=off, T2=off
Ce qui implique Vgs(T1)>Vgs(th) et Vgs(T4)>Vgs(th) ainsi que Vgs(T2)=Vgs(T3)=0.

Il faut donc que la gate de T1 soit alimenté par Vg=Vgs(th)+Vmot+Vds(T4)on.
Il faut donc une commande dite flottante ou en "high-side".

Exemple: un moteur 12V à alimenter.
Il faut que T1 et T3 soient pilotés par un circuit permettant de générer une tension de 12V+10V+0,5V=22,5V

Les 0,5V sont à titre indicatif puisque Vds(on)=Rds(on)*Id(max)

Si le Mos du bras haut ne reçoit pas une tension suffisante, il va travailler en mode linéaire et donc chauffer énormément.

Pour cela il faut utiliser un circuit spécialisé permettant de générer la tension du transistor high-side (IR2114 chez IR par exemple) par une capa de bootstrap.

B/ Autre point important il faut veiller à ce que les 2 transistors de chaque demi-pont ne commutent pas simultanément ce qui serait catastrophique pour les Mos qui périraient instantément.
Il faut donc introduire un léger retard pour que cela ne se produise pas, cette sécurité est implantée dans le circuit indiqué plus haut.

Autre solution: utiliser un MosP en haut et un MosN en bas, dans ce cas la commande est plus simple, mais il faut sécuriser également par une tempo entre la commande on et off des 2 transistors du même demi-pont.

Sur ton schéma actuel, tu peux faire l'essai manuellement en mettant 24V sur la gate du mos du haut (T1) et 0V sur la gate du mos du bas (T2), tout en ayant 0V sur T3 et 12V sur T4, ton moteur tournera sans faire chauffer T1.
En mettant 24V sur la gate de T3 et 0V sur T1,T4 et 12V sur T2 le moteur va tourner dans l'autre sens.
Il faut également prévoir une diode d'écrêtage (transil) ou un RC pour absorber la pointe de tension qui apparaitra lorsque les transistors de commande vont passer de "on" à "off".
@+

[bunn]

Salut HULK28,

Merci pour ta réponse ! Ca va beaucoup m'aider et surement régler mes problèmes.

Mais j'aurai encore quelques questions :

_ Comment dimmenssionner les résistances Rhon, Rhop, SSDH, ... pour IR2114 ?

_ Quel courant y aura-t-il dans les différentes diodes (dsh,dsl,bootstrap) ?

_ Pour la capa de bootstrap, comment on la dimenssionne pour un transistor MOS ?

_ La diode transil doit être placée entre les bornes + et - de l'alimentation ou au niveau du moteur et la borne - de l'alimentation ?

Merci d'avance.

Bunn

[bunn]

Re,

On m'a proposé un autre circuit intégré le IR2010.
Est ce que c'est possible de commander le hacheur avec, à la place du IR2114 ?

Merci,
@+

[HULK28]

Salut,

oui l'IR2010 peut convenir, il en faut 2 et une commande de déclenchement appropriée.

La capa de Bootstrap doit faire environ 50x Cin du Mos, par exemple un MosN de 1nF => Cboot=47nF

La transil bidirectionnelle doit être placée aux bornes du moteur.

[gcortex]

Encore une question Hulk,
T2 conduit --> le 47n se charge
mais il faut que T1 conduise pour doubler la tension
et il faut doubler la tension AVANT de commuter T1
donc comment çà s'amorce ??

[bunn]

Salut tout le monde,

Je vais faire le montage que vous pouvez voir dans le fichier joint pour commander un bras du pont.
Pourriez vous me confirmer que c'est correct ? (Pour la capa bootstrap 50*1650 e-12). Et pour les autres j'ai pris les mêmes que celles qu'il y avait dans la datasheet du IR2010. Pour la diode, je vais en prendre une qui commute rapidement et VRRM=100V^, par contre quel courant doit conduire la diode ?

Pour l'instant, il me manque encore la diode... Donc je ne peut pas encore tester le montage.

Et est ce que le problème soulevé par Gcortex, est un problème ?

Merci encore pour votre aide !
@+

[bunn]

Salut,

J'ai réalisé le montage que j'avais décrit dans le fichier joint du post it précedent.

Comment puis-je tester le montage ?

J'ai mis SD à 0, Vcc=Vdd=13 V, COM=Vss=0.
J'ai testé :
_ LIN à 0, j'ai mesuré LO en sortie 0V
_ LIN à 1, j'ai mesuré LO en sortie 12.39V
=> La commande pour le transistor du bas semble fonctionner.
_ HIN à 0, j'ai mesuré HO en sortie 11.28V
_ HIN à 1, j'ai mesuré HO en sortie 11.28V
=> Aucun changement. Est-ce que c'est normal ? Est-ce c'est parce que je n'ai pas branché Vs à une charge ?

Merci.
@++

[bunn]

Salut,

J'ai mis le moteur comme charge, avec une tension d'environ 10V pour Vcc, Vdd, pour la tension aux bornes du transistor T1+moteur+transistor T4.

Le moteur a tourné un millième de seconde, puis la diode transil de 12V a éclaté. En fait je me suis rendu compte après coup que j'avais oublié de brancher Vs... Donc finalement le montage que j'ai fait revenait au montage du début mise à part qu'il y a la diode transil.

J'aimerais savoir si en branchant Vs, le montage va fonctionner correctement. J'ai peur de tout griller... donc je demande une confirmation de votre part.

Merci,
Bunn

[HULK28]

Encore une question Hulk,
T2 conduit --> le 47n se charge
mais il faut que T1 conduise pour doubler la tension
et il faut doubler la tension AVANT de commuter T1
donc comment çà s'amorce ??

Le circuit IR2010 dispose en interne d'un "shift level", il faut une tension VB de l'ordre de 20V pour que la gate de T1 soit à un potentiel supérieur à 10V de sa source.
Soit on injecte une tension continue en VB de 20~25V soit on utilise la capa Bootstrap pour produire la tension nécessaire en ayant une fréquence sur Hin.

[HULK28]

Salut,


_ HIN à 0, j'ai mesuré HO en sortie 11.28V
_ HIN à 1, j'ai mesuré HO en sortie 11.28V
=> Aucun changement. Est-ce que c'est normal ? Est-ce c'est parce que je n'ai pas branché Vs à une charge ?

Merci.
@++

Oui normal, en ayant VB=Vcc et en étant en statique la tension Gate-Source est nulle donc le transistor est non passant.

J'ai mis le moteur comme charge, avec une tension d'environ 10V pour Vcc, Vdd

J'ai mis SD à 0, Vcc=Vdd=13 V, COM=Vss=0.

Tu mets quoi au juste?
Si tu mets 13V normal qu'une transil de 12V explose...

Je te conseille de mettre dans un premier temps une résistance de charge de 1K sans transil.
Tu injectes une tension d'amplitude Vcc à une fréquence de 1K sur Lin avec la diode rapide entre Vcc et VB (capa bootstrap CB) et tu mets Hin à Vcc=Vdd.