Problème pilotage d'un Mosfet en PWM

[Amnesia67]

Bonjour,

J'ai câblé le schéma suivant pour piloter un vérin électrique de 170W sous 12V:


Le montage est alimenté par une batterie 12V
Le 5V nécessaire à la partie logique provient d'un régulateur alimenté aussi par la batterie
Toutes les masses sont reliées
le signal PWM (10kHz, 80%) provient d'un microcontrôleur
Il y a un pull down de 10k sur la sortie PWM du microcontrôleur. Avec ou sans, le résultat est identique
Le mosfet est un IRF1405 (Vgs = 10V)
Pour les essais, la charge est un phare de voiture 12V 55W. J'ai essayé aussi avec le moteur que je cherche à alimenter, le résultat est le même.

Lorsque je mets sous tension le montage, l'ampoule ne s'allume pas mais émet un cliquetis d'une dizaine de Hertz. La tension à ses bornes est de l'ordre de quelques mV et la fréquence mesurée est complètement aléatoire.

A) Je connecte le gate directement au 12V (via la résistance de 10 Ohms): l'ampoule s'allume donc le mosfet est OK
B) Je déconnecte le mosfet et la charge du circuit: la sortie LO du driver de mosfet est bien à 8,5V, 10kHz et 80% de duty cycle.

Qu'est ce qui ne colle pas dans mon montage?
Merci d'avance
-----

[DAUDET78]

sans voir encore la pièce jointe ...
Un NMOS avec Vgs 10V ne marche pas en liaison directe avec un µC 0/5V
Il faut un NMOS "logic" ou "TTL"

[romulus123]

Bonjour DAUDET,

.
Un NMOS avec Vgs 10V ne marche pas en liaison directe avec un µC 0/5V
Il faut un NMOS "logic" ou "TTL"

Juste une petite question...
Est-ce que l'utilisation d'un N-Mos avec un Vgs de 10V piloté en 0/5V en PWM est la cause d'un échauffement excessif de celui-ci ?

[Zenertransil]

Bonjour,

Est-ce que l'utilisation d'un N-Mos avec un Vgs de 10V piloté en 0/5V en PWM est la cause d'un échauffement excessif de celui-ci ?

Bah bien sûr, et c'est pas difficile à comprendre...

[A voir en vidéo sur Futura]

[Amnesia67]

Un NMOS avec Vgs 10V ne marche pas en liaison directe avec un µC 0/5V

J'utilise un driver de mosfet, pas trop le choix puisque je prévois de faire un pont en H dès que j'arriverai à faire marcher un mosfet...

(Pas besoin de me demander, l'entrée shutdown est bien à la masse)

[Qristoff]

T'as essayé avec une autre source de signal PWM, comme un GBF par exemple ?

[Amnesia67]

Je n'en ai pas, malheureusement.

Donc, j'ai tout démonté et recâblé: pas mieux.

Mais voici la double origine du problème:
- le signal PWM se "perdait" momentanément entre le µc et le driver et tout le temps entre le driver et le mosfet, à cause de la plaque à essais dont les contacts ne semblent pas au top pour ce type de signaux
- les fréquences PWM testées étaient toutes trop élevées pour mon ampoule (??) et pour le vérin électrique. Pour faire démarrer ce dernier je dois descendre aux alentours de 300Hz! Ca ne vous choque pas? Parce que ça va me faire sérieusement gonfler les condos du bootstrap pour les mosfets du haut.

[Zenertransil]

- les fréquences PWM testées étaient toutes trop élevées pour mon ampoule (??) et pour le vérin électrique. Pour faire démarrer ce dernier je dois descendre aux alentours de 300Hz! Ca ne vous choque pas? Parce que ça va me faire sérieusement gonfler les condos du bootstrap pour les mosfets du haut.

Euh... Si, ça me choque, et pas qu'un peu!

C'est plutôt le contraire généralement, une fréquence trop basse provoque un clignotement de l'ampoule et un grognement du moteur, avec des oscillations de couples souvent anodines (surtout pour de grosses machines). Des fréquences trop hautes entraînent au contraire un courant bien lisse si la charge est un tant soit peu inductive et/ou capacitive...

C'est plutôt côté MOSFET que ça coince, à mon humble avis. Ses pertes de commutation augmentent avec la fréquence et, s'il est mal géré (driver par exemple), il aura du mal à commuter franchement, ce qui entraîne un échauffement anormal et une chute de tension sur la charge. L'idée avec le driver, c'est de réduire au maximum l'impédance présente à la grille, afin d'assurer des commutations franches: la Cgs se charge instantanément, avec une pointe d'intensité qui peut cependant atteindre plusieurs ampères. Problème: la CEM, selon les applications, cette source de parasites HF peut gêner. Du coup on limite avec une résistance série, ce qui est fait dans ton montage (à la charge, pas à la décharge puisqu'il y a la diode).

Essaie d'enlever cette résistance, ou de la remplacer par une valeur bien plus faible, on ne sait jamais!

[Qristoff]

Je n'en ai pas, malheureusement.

Donc, j'ai tout démonté et recâblé: pas mieux.

Mais voici la double origine du problème:
- le signal PWM se "perdait" momentanément entre le µc et le driver et tout le temps entre le driver et le mosfet, à cause de la plaque à essais dont les contacts ne semblent pas au top pour ce type de signaux
- les fréquences PWM testées étaient toutes trop élevées pour mon ampoule (??) et pour le vérin électrique. Pour faire démarrer ce dernier je dois descendre aux alentours de 300Hz! Ca ne vous choque pas? Parce que ça va me faire sérieusement gonfler les condos du bootstrap pour les mosfets du haut.

Tu peux nous faire une petite photo jolie du montage car je soupçonne que tous tes problèmes viennent de la propreté du montage...

[annjy]

Bonsoir,

je vous invite à regarder la discussion suivante;
http://forums.futura-sciences.com/el...t-de-golf.html

Hulk28 et moi même avions le même schéma de l'étage de puissance (commande PWM d'un moteur 12V 180W).
Voir posts #38 et #85.

Surtout, ne pas oublier la diode de roue libre, sur une charge inductive.....

Espérant que ça puisse être utile,
Cdlt,
JY

[Amnesia67]

DSCN1476.jpgDSCN1475.jpg

J'ai réduit la distance entre la sortie LO du driver et le gate du mosfet, le vérin démarre maintenant même à plusieurs dizaines de kHz.
Malgré tout plus je monte en fréquence (par rapport au 300Hz), moins il a de vitesse et de puissance

Dans tous les cas, la vitesse est clairement inférieure lorsque le signal d'entrée du driver est en PWM (même avec un rapport cyclique de 98%), alors qu'elle est au maximum quand je lui applique directement du 5V.

Sur les photos:
- les rails d'alim correspondent au 0V et au 5V utilisé par la partie logique
- borne Va = entrée 12V et départ vérin
- borne Vb = retour vérin / drain mosfet
- borne Vc = 0V et source mosfet
- le mosfet est monté sur un petit dissipateur et chauffe très peu, 30°C tout au plus à la surface du radiateur après plusieurs essais
- à sa droite se trouve la diode de roue libre DSI30-12A qui tient 30A

[Qristoff]

le vérin démarre maintenant même à plusieurs dizaines de kHz

T'es sur la bonne voie mais cela ne sert à rien de monter trop haut en fréquence, tu augmentes inutilement les pertes par commutation et ton mos va chauffer plus.

plus je monte en fréquence (par rapport au 300Hz), moins il a de vitesse et de puissance

comment identifies tu cette perte de puissance ? quelle est la valeur d'inductance de ton vérin ?
Une platine veroboard n'est pas l'idéal pour ce type de montage ! Je pense que pour éviter les perturbations, tu devrais réorganiser les composants pour avoir Mosfet, diode de roue libre et condensateur reservoir dans un mouchoir de poche et au plus près des bornes de sortie. Il faut aussi utiliser des "rails" de 0V différents pour la puissance et pour les signaux logiques pour privilégier un montage en étoile.

ps: Je pense aussi que 22µF est insuffisant.

[Amnesia67]

Pour avancer j'ai:
- connecté les masses de puissance et digitales en un point unique
- raccourci au maximum la distance entre la sortie PWM du pic et l'entrée du driver
- le mosfet est au cul du driver avec juste la résistance de 10Ohms et la diode de by-pass entre
- augmenté la capa sur le +VDD du driver de 22 à 100µF
- filtré et découplé le +VCC du driver avec une 1N4007 suivie de deux condos de 100µF et 100nF à la masse
- essayé plusieurs fréquences entre 300Hz et 10kHz et un rapport cyclique de 98%: je reste loin de la vitesse nominale du vérin, et la perte de vitesse reste proportionnelle à la fréquence (optimale mais loin du compte à 300Hz)
- @ 300Hz/50% le vérin ne démarre pas systématiquement, @10kHz/50% il se transforme juste en haut parleur
- entrée du driver directement au +5V (en continu): vitesse max identique à celle du vérin alimenté direct sur batterie
- essayé de placer un pull down de 22k sur la sortie PWM du pic

=> toujours pareil

Je n'ai aucune des caractéristiques du vérin, si ce n'est sa tension d'alimentation et sa puissance: 12V/170W...

Je commence à croire:
- qu'il faudrait que je soude les connexions critiques du circuit (liaison pic/driver, liaison driver/mosfet)
- que le signal PWM que me sort le PIC est pourri? j'ai du mal a le croire, je n'ai pas d'oscillo pour le vérifier ni de GBF pour le remplacer

[annjy]

Bsr,

il faut un oscillo............pour comprendre.
et aussi le schéma complet.

sans quoi, on ne sait jamais, ça peut tomber en marche...

Cdlt,
JY

[fabang]

Oui, un schéma. Parce découpler un circuit avec une diode??
Sur le premier schéma il y a un découplage sur le 5V. Mais ou il en faut un gros c'est sur le 12V de l'IR2110.
Heu! tu fais passer 15A (Drain et source) dans ta plaquette d'essai?
LA diode de roue libre c'est quoi la référence?

[Qristoff]

filtré et découplé le +VCC du driver avec une 1N4007 suivie de deux condos de 100µF et 100nF à la masse

pourquoi mettre une diode sur le VCC (+12V), il faut que le condensateur de 100µF soit aussi sur le 12V moteur ! le 100nF ne sert à rien ici. De plus, il faut que cette capa ai un faible ESR, quitte à en mettre plusieurs en parallèle. Il faut regarder les caractéristiques de ce condensateur et grossir les câbles entre l'alim (batterie ?) et la plaque d'essai. Pour la partie puissance, je te conseillerais de passer sur plaque à trous avec les composants soudés.

[bobflux]

La plaque d'essais, c'est même pas la peine, ça marchera pas, fais-le sur une plaque en cuivre et soude.

Sur une plaque d'essais, il y aura tellement de parasites que ton uC va planter tout le temps.

[Amnesia67]

Bonsoir,

Voilà du neuf après ce long week-end:

variateur vérin.jpg

Le pont en H fonctionne bien avec les valeurs de composants usuelles trouvées sur les schémas du net (http://tahmidmc.blogspot.fr/ par exemple).

Il aura bien fallu oublier la platine d'essais et passer sur un vrai PCB pour obtenir de bons résultats:

10170855_10202743119754124_2186510069357616864_n.jpg

Merci pour votre aide

[Qristoff]

ça fait plaisir à voir !
Un beau circuit est un circuit qui marche !
ps: il y aurait des petites choses à redire sur le schéma mais bon...

[Amnesia67]

Qu'est ce qui pourrait être amélioré? (pour une prochaine fois)

[Qristoff]

Ben,
1/ il faudrait mettre les valeurs et références de composants sur le schéma...cela éviterais de se poser des questions !
2/ à quoi servent les optos, on est sur la même référence de masse ! aucune utilité !
3/ le type de D1 ? un tranzorb ? pourquoi ne pas mettre une diode en série avec le fusible pour éviter les inversions (en cas d'inversion F1 et D1 fument illico). On peut comprendre D2 pour éviter que le pont réinjecte de la tension vers le 12V commuté mais avec la nouvelle diode anti-inversion, D3 devient inutile.
4/ on ne connait pas la référence des mosfet mais peut être que les diodes de body suffisent, sans avoir à rajouter des diodes externes.
5/ est ce que les drivers empêche la cross-conduction selon la datasheet ? A et B simultanés. Souvent on rajoute une petite fonction logique à base de portes ET devant les commandes de drivers pour éviter cela en cas de bug soft.

[Amnesia67]

1) Effectivement, je me suis fait une nomenclature séparée qui me sert autant pour le schéma que pour le plan d'implantation
2) Les détecteurs inductifs sont en 12V et le µc en 5V, je trouvais l'option des optocoupleurs plus "propre" qu'un pont diviseur. De plus comme l'alim en PWM du vérin et les détecteurs seront dans un même multifilaire de 5m (démontages fréquents), j'avais peur de salir le 5V.
3) D1 est une Transil unidirectionnelle, elle protège donc aussi des inversions de polarité. Peut-être à tort, je pensais en quelque sorte "isoler" tout le circuit +5V de possibles chutes de tension avec la combinaison D3/C3 (2200µF) car le montage est alimenté par la batterie d'un tracteur, donc une alim pas forcément très propre
4) Les Mosfets sont des IRF1405 donnés à 169A, je suppose que les diodes internes devraient tenir le coup pour un vérin donné à 15A nominal, 30A bloqué. Les DRL sont donc juste là en sécurité.
5) Bonne question, les drivers sont de classiques IR2110 et j'ai bien l'impression que non. Je retiens la leçon pour une prochaine fois

[Amnesia67]

2) 3 bons vieux 2N2222... je les oublie bien trop souvent...

[Zenertransil]

Bonsoir,

Les DRL sont donc juste là en sécurité.

Seulement il y a 90% de chances pour que cette "sécurité" soit nuisible, et 10% pour qu'elle ne serve absolument à rien. Pendant les phases de roue libre, on a des paquets de deux diodes en parallèle et c'est tout sauf désirable... Lorsque la diode de body ne convient pas aux exigences en vigueur, et qu'on veut en mettre une autre, il faut l'inhiber: on met généralement une Schottky (faible seul, et n'a pas à supporter de forte tension inverse) en série avec le transistor, et on met la "nouvelle" diode en parallèle sur l'ensemble. Ajouter la "nouvelle" diode en parallèle sur la première ne suffit pas, c'est une fort mauvaise idée!

[Amnesia67]

"on a des paquets de deux diodes en parallèle et c'est tout sauf désirable... "

Je ne comprends pas pourquoi? Si ma DRL a une tension de seuil inférieure à la diode de body c'est elle devrait conduire, sinon c'est l'inverse. Inutiles d'accord, mais en quoi ces diodes peuvent-elles devenir nuisibles?

[Zenertransil]

Bonjour,

Le problème c'est qu'une diode n'a pas une caractéristique "tout ou rien" comme on le dit souvent (parce que ça simplifie énormément les choses) mais que le courant est une fonction exponentielle de la tension directe. Donc en admettant (je prends des valeurs simples) qu'il y ait une Schottky avec 0,5V de seuil et une Si avec 0,7V, il y a de fortes chances pour que la tension soit proche de 0,5V. Mais la Schottky n'est pas bloquée pour autant: elle conduit, elle conduit mal.

Donc, en admettant qu'on ait ajouté une diode car la diode de body est trop lente pour l'application, si cette diode rapide va effectivement se bloquer assez rapidement parce qu'on l'a bien choisie, ce ne sera pas le cas de la diode de body, qui conduit un proportion plus ou moins grande du courant total. Et on n'obtient pas le résultat escompté... Par curiosité, c'est quoi comme diodes? Sinon, mon explication est un peu simpliste car je suis loin de maîtriser parfaitement le sujet, si quelqu'un de plus expérimenté pouvait en parler, ce serait bien!


Voici la caractéristique If=f(Vsd) de la diode de body de tes transistors:



Bon après midi!

[bobflux]

Pour bloquer une diode il faut en extraire la charge Qrr (charge de recouvrement) en faisant passer un courant inverse dedans.

Qrr dépend de tout un tas de trucs (température...) et il me semble que quand le courant qui circule dans la diode est faible, Qrr rétrécit. Donc si la schottky prend la majorité du courant, même si la diode du MOS conduit un peu, elle sera plus facile et rapide à bloquer que si elle avait conduit le courant total. Faudrait vérifier.

Par contre, sur un convertisseur que j'avais construit, j'avais essayé avec et sans schottky en parallèle sur le MOS : l'effet est spectaculaire. Attention à la capacité parasite de la schottky cependant, car elle sera chargée et déchargée à chaque cycle...

[Amnesia67]

Spectaculaire... en bien ou en mal?

(je tourne à 1kHz)

[bobflux]

En bien, la schottky fait ce qu'elle est supposée faire...

à 1kHz ça doit faire du bruit...