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pont H basse tension



  1. #1
    JAQPOT

    pont H basse tension


    ------

    Bonjour,

    Je suis sur le point de réaliser un pont H basse tension dont voici le cahier des charges :

    - courant nominal : 3A
    - tension de ligne nominal : 1.7-3V (varie en fct de la charge de la batterie)
    - charge : circuit résonant
    - caracteristique de fonctionnement à la valeur nominale :20 secondes maximum

    Je cherche des composants qui me permettent de satisfaire ces faibles valeurs de tension de ligne (1.7 à 3V). J'ai déjà réalisé des pont en H en utilisant des Mosfet avec des drivers low/high side avec bootstrap. Mais dans cette application, les tensions sont bcp plus faible.

    Je pensais utiliser des NMOS certifiés low voltage, par exemple FDS6898 de fairchild. Rdson de 18mOhms à 2.5V Vgs.

    Pour la logique je vais utiliser un microcontroleur TI (piccolo) 3.3V qui sera alimenté par la batterie avec un petit étage SMPS pour maintenir ces 3.3V.

    qui dit pont-H dit commutation high-side, comment m'y prendre, est-il meixu de partir sur du PMOS pour éviter un circuit de bootstrap, est-il possible de se passer de ce circuit de bootstrap en utilisant du NMOS ?

    Quels sont vos conseils ?

    Merci tout puissant pour vos informations !

    -----

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  3. #2
    bobflux

    Re : pont H basse tension

    Le PMOS, certes, mais il te faut tout de même un driver adapté avec contrôle du temps mort entre la commutation des 2 mosfet (haut et bas)... si ton uC a assez de canaux PWM ça peut le faire, à condition de bien viser et d'utiliser 4 drivers low-side (un par MOSFET) puisque avec tes tensions tu peux driver directemet la grille du PMOS.

    Si tu veux utiliser 4 NMOS, tu n'échapperas pas au bootstrap.

    Une solution pourrait être d'utiliser un petit régulateur boost pour sortir du 5-6V et ensuite un driver de MOSFET style ADP3120.

  4. #3
    JAQPOT

    Re : pont H basse tension

    Merci pour ta réponse.

    J'aimerais éviter de passer par des boost converter pour alimenter un driver de mosfet.

    Oui j'aurais suffisamment de canaux PWM... avec des MOS comme le fds6898, je dois pouvoir directement le driver avec la sortie du uC... je calcule à l'instant que ça donnerait des switch time de l'ordre de <1us (avec 20mA), ce qui n'est pas terrible si je veux travailler dans les 50-100kHz (10us). Je vais devoir utiliser des driver !

    Connaissez-vous des drivers ou circuit de bootstrap fonctionnant à partir de 3.3V ?

    Merci pour votre aide

  5. #4
    indri

    Re : pont H basse tension

    UCC27423 à partir de 4V
    Là où va le vent...

  6. #5
    JAQPOT

    Re : pont H basse tension

    Le LTC1157 pourrait être un bon compromis comme driver high & low side. il fonctionne à 3.3V. Qu'en pensez-vous ?

  7. A voir en vidéo sur Futura
  8. #6
    Antoane
    Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.

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  10. #7
    JAQPOT

    Re : pont H basse tension

    Cool, merci pour les references, Y'a un truc qui me semble bizarre, autant le LT1157 que le LT1981 peuvent remplir le cahier des charges au niveau tension, mais ces driver ont un gate charge current miserable, dans les 100uA... est-ce possible ?

    ça me semble bizarre. Il propose dans l'application note d'utiliser ces driver avec des mos Si6925DQ qui sont très proche de ce que je pensais utiliser niveau gate charge...

    Quel est votre avis sur le temps de commutation LT1981 + low voltage fet comme le si6925 ?

  11. #8
    JAQPOT

    Re : pont H basse tension

    Je pense que je peux oublier pour les LTC1981, il y a des exemple de turn on/off time pour un Mos de 1000pF gate capacitance... ça va chercher dans les 100 us... ça va pas le faire !

    Je pense pas que ces drivers sont prévu pour faire de la commande PWM... en tout cas pas dans les fréquence que je cherche !

    je serai beaucoup plus rapide en utilisant les 3.3V et 20mA du uC. cependant, je pense que cela ne suffit pas !

  12. #9
    JAQPOT

    Re : pont H basse tension

    Encore une question !

    est-ce que la tension de drain peut être inférieur à la tension de gate? L'exmple dans mon cas est le suivant : lorsque la batterie se trouve à 1.7V et que la logique est stabilisé à 3.3V grace à un step-up, j'aurai une tension de gate supérieur à la tension de ligne du pont ! Est-ce que ça peut causer un problème ?

  13. #10
    bobflux

    Re : pont H basse tension

    > LT1157

    Ça, c'est un driver très lent et très basse consommation qui te sert à commuter l'alimentation d'une charge via un MOSFET. Ce n'est pas du tout ce qu'il te faut.

    > est-ce que la tension de drain peut être inférieur à la tension de gate?

    Oui tant que les valeurs de la datasheet sont respectées. Regarde un MOSFET N en lowside... Vs=0, Vd=epsilon, Vg=5 ou 10V...

    > L'exmple dans mon cas est le suivant : lorsque la batterie se
    > trouve à 1.7V et que la logique est stabilisé à 3.3V grace à un
    > step-up, j'aurai une tension de gate supérieur à la tension de ligne
    > du pont ! Est-ce que ça peut causer un problème ?

    Aucun problème. Ton NMOS aura une RDSon plus faible. Il faut regarder le Vgs max.

    Par contre pour le PMOS en high-side, si tu mets la grille à la masse, tu auras juste 1.7V de Vgs... vraiment pas terrible ! un NMOS bootstrapé serait mieux...

  14. #11
    JAQPOT

    Re : pont H basse tension

    Hello,

    Merci pour tes conseils. Il existe des Nmos Pmos avec très faible Vgs(th), de l'ordre de 1-1.5V, autant P que N channel.

    Je pense ainsi qu'il est mieux pour mon application d'éviter le bootstrap et de partir sur des couple P-N.

    J'ai fait pas mal de recherche sur des low Vgs(th) FET et il y en a pas mal. voici quelques composants :

    SMMA511 de vishay
    FDS6898 de fairchild
    MCH3427 (N) ou MCH6429 (P) de sanyo

    Sanyo propose depuis peu une categorie 0.9V drive pour leur MOS (les précités sont spécifié 1.5V drive)

    Me reste plus qu'à trouver des driver low voltage

    Bonne journée

  15. #12
    JAQPOT

    Re : pont H basse tension

    Pour ceux qui chercherait des logic Level mosFET plus costaud, NXP semble être un fournisseur intéressant.

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  17. #13
    JAQPOT

    Re : pont H basse tension

    Voilà, je cherche maintenant de quoi commuter mes logic level mosfet.

    Données :
    Cgate = 400 pF
    Vgate = 1.7-3 V (tension appliquée sur le gate)
    t_charge = 50 ns (0.5% de 100kHz)

    Je place la capa de gate en série avec une resistance, j'obtiens un circuit RC.

    Pour charger le gate à 0.95% de Vgate, je définis R = t_charge/(3*Cgate) = 41 Ohms

    Igate = Vgate/R= 40-80 mA (1.7-3 V) c'est le courant que dois fournir le driver pour switcher le mos dans un temps d'environs 50ns.

    Ma question... quel composant utiliser comme driver. La sortie d'un microcontroleur est souvent limité à 20mA... je peux éventuellement utiliser 2-4 sorties en // ?

    Il existe de nombreux drivers, mais la tension d'alimentation est rarement inférieur à 4.5V. Que me conseillez-vous ?

    MErci

  18. #14
    bobflux

    Re : pont H basse tension

    Pas mal ces nouveaux MOSFETs.

    Effectivement un petit tour chez digikey me confirme que le driver de chez microchip auquel je pensais ne passe pas en 3.3V. Fouille un peu chez microchip, on ne sait jamais.

    Pour la commutation des MOSFET il ne faut pas regarder la capacité, mais la "total gate charge" exprimée en nC, car la capacité varie beaucoup en fonction des diverses tensions.

    Par exemple ton FDS6898 a un Qg de 16 nC (donc 1A Igate => 16 ns en première approximation)

    En désespoir de cause, tu peux toujours essayer un bon vieil octuple inverseur du style 74LVC ou 74AC, le AC ayant un courant de sortie plus couillu, le tout alimenté à partir de ton 3.3v.

    Essaie une simulation par LTSpice.

    Au pire, semtech fait des régulateurs boost qui te donneront ton 5V pour moins de 1€...
    Dernière modification par bobflux ; 02/11/2010 à 00h33.

  19. #15
    JAQPOT

    Re : pont H basse tension

    Je ne trouve pas de mosfet driver >4.5V sauf un LT1157 mais ce serait trop lent.

    Je me penche sur la solution 74AC ou LVC proposé... les sorties sont limités +/- 50mA pour le LVC et +/-24 mA pour les AC il me semble !

    l'avantage c'est la tension d'entrée possible entre 1.6 et 5V.

    Le courant de sortie n'est pas suffisant à mon avis >200ns de commutation en se basant sur 10nC.

    Existe-t-il des circuits logiques avec courant de sortie + grand ?

  20. #16
    Antoane

    Re : pont H basse tension

    Bonjour,
    tu devrais gagner en les mettant en parallèles (ne mettre en parallèle que les portes d'un même composant), d'autant plus qu'ils devraient supporter un pointe de courant un peu plus élevée que les absolute max ratings exprimées en DC. Attention cpdt à respecter la puissance dissipée maximale et le fait le le courant max pouvant être sortit par le composant est de 100mA (pour le 74LVC04 en tous cas).


    PS : pourquoi une fréquence de PWM aussi élevée ?
    Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.

  21. #17
    JAQPOT

    Re : pont H basse tension

    je suis dépendant de la fréquence de résonance d'un élément piezo entre 50 et 100kHz.

  22. #18
    JAQPOT

    Re : pont H basse tension

    Encore quelques questions. Admettons que j'utilise un driver alimenté en 5V pour driver tant le Pmos que le Nmos. (exemple FAN3111 de fairchild)

    La tension de ligne de mon pont se situe entre 1.7 et 3V.

    Le Pmos a donc sa source à 1.7-3V. son gate sera à l'état haut à 5V vu que le driver est alimenté en 5V, il commutera lorsque le gate sera tiré à la masse (Vgs sera alors entre 1.7 et 3V, ce qui est ok avec des logic level pmos). Est-ce que ça pose problème pour un pmos d'avoir une tension Vgs positive à l'état OFF (5V -1.7V) ?

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  24. #19
    Antoane

    Re : pont H basse tension

    Regarde dans la datasheet : celui-ci par exemple (au hazard) : http://www.diodes.com/datasheets/ZXMP2120E5.pdf est spécifié en absolute maximum ratings pour Vgs=+/-20V, donc pas de problème pour +5V.

    je suis dépendant de la fréquence de résonance d'un élément piezo entre 50 et 100kHz.
    Sauf application très particulière, un PWM à 20 ou 25kHz (voir moins, mais mieux vaut rester dans l'ultra-sonore) est largement suffisant. Divise donc la fréquence du résonateur.
    Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.

  25. #20
    bobflux

    Re : pont H basse tension

    Si le Vgs devient un peu négatif comme tu le dis, pas de problème (tant que tu ne dépasses pas le claquage de la grille) : un PMOS n'est pas un JFET...

    T'es en 5V maintenant ?

    Si oui, tu peux mettre n'importe quel driver, ADP3120 par exemple, avec des NMOS en bootstrap.

  26. #21
    JAQPOT

    Re : pont H basse tension

    Non je me tate. il me semble que les Pmos ont des suffisament bonnes caracteristiques pour les utiliser. Je souhaite minimiser le nombre de composants. Je veux également éviter tout step-up avec élément ferromagnetique... mais j'avais oublié l'existence des charge pump

    Je le voyais comme un avantage de contourner le bootstrap (j'utilise ça d'habitude). Je cherche également à minimiser le nombre de composants.

    Il est pas mal ton ADP3120, y'a pas d'info sur le courant max, certainement deductible du t et Q.

  27. #22
    bobflux

    Re : pont H basse tension

    Avec un charge pump tu peux multiplier ton 3.3V par 2 (avec un rendement correct) donc tu obtiens une tension qui passe bien avec beaucoup de doubles drivers de MOS (high et low-side) synchrones...

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