Driver de MOSFT, resistance en sortie ?

[Forhorse]

Bonjour à tous,

Je suis en train de finaliser le design de mon hacheur. J'ai donc trois MOSFET de puissance en parrallèle. Pour prendre large j'ai choisit l'IRFB4410
http://www.irf.com/product-info/data...fb4410zpbf.pdf
Que je compte piloter avec un TC4420
http://ww1.microchip.com/downloads/e...Doc/21419c.pdf
La frequence de decoupage sera d'environ 1kHz

Hors si on prend le "maximum total gate charge" du MOSFET (120nC) avec le temps de monté typique du driver (55ns)
Le courant à la commutation approche les 2.2A par MOSFET, soit 6.6A en totalité pour les 3; ce qui depasse les spécifications du drivers.

Je suppose donc que je dois placer une resistance sur chaque grille de transistor afin de limiter le courant et d'eviter d'endomager le driver (qui n'est pas protégé en interne contre les surcharges)
Il est découle les deux questions suivantes :
- La résistance de grille est-elle réellement necessaire ?
- Comment la calculer ? (alimentation du driver en 12V)

Merci d'avance.
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[Tropique]

Bonsoir,

Une résistance est de toutes manières souhaitable, pour s'éviter des soucis d'oscillation VHF.
Et comme ici tu travailles à fréquence basse, les pertes en commutation sont un souci très lointain.
Je dimensionnerais les résistances pour que le driver voie un courant max sur court-circuit égal à la moitié de son abs max rating.
De cette mainère, ça ira bien assez vite, et ça évitera des pointes de courant et des suroscillations inutiles.

[Forhorse]

Merci, d'accord. Voyons si j'ai bien compris.
Donc le driver est donné pour 6A max (2 en régime établi, 6 en impulsionnel)
Je prend donc 3A et la tension d'alim de 12V
ça me donne une resistance équivalente de 4 ohms
Soit 12 ohms par transistor.
C'est bien ça ?

[Tropique]

C'est ça, et même 12 ohm peut être considéré comme un minimum: il n'y aura pas de risque d'oscillation, mais si on allait plus bas, il faudrait commencer à réfléchir au tracé des pistes de gate et de source.
En tous les cas, les résistances doivent être au plus près des transistors, c'est là qu'elles sont utiles.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Forhorse]

Merci
De toutes façons elles seront très très près, j'ai pas le choix !
Faut juste que je trouve comment router ça sans que ce soit trop du bricolage

[bobflux]

Par curiosité, tu commandes quoi pour avoir besoin de 200A en 12V ?

[Qristoff]

Salut,
Il faut aussi bien penser à découpler l'alimentation de tes drivers, aussi au plus près de la pin alim avec un condensateur chimique tantale qui fournirat les rush de courant de commutation. Il ne faut pas lésiner sur les µF....

[Forhorse]

Pour le decouplage j'ai suivit les recommandations d'une note d'application microchip a porpos du TC4420
Il conseillent un condo film 1µF low ESR "WIMA" et un condo ceramique 100nF, et précisent bien que les condo tantale et chimique ne sont pas adaptés a cette fonction (de decouplage j'entends... j'ai naturellement quelques condos chimiques de filtrage en sortie de mon alim)
Même chose pour le routage, j'essaye de coller au plus près de la note d'application.

[Forhorse]

Par curiosité, tu commandes quoi pour avoir besoin de 200A en 12V ?

J'ai besoin de piloter 50A en 24V mais je préfère compter large pour eviter tout probleme de fiabilité et de toutes façons la difference de prix entre un MOSFET 10A et un 75A n'est pas significative sur la totalité du projet.
C'est pour un régulateur d'éolienne 1kW, je présenterais le projet dans sa totalité une fois celui-ci finalisé. (là j'essayes déjà de finir la carte de puissance )

[Tropique]

Il conseillent un condo film 1µF low ESR "WIMA" et un condo ceramique 100nF, .

C'est une très mauvaise combinaison; si tu vas voir mon étude sur les condensateurs de découplage, tu verras que c'est un bon moyen de créer des résonances, même avec un layout optimal.
Il vaudrait mieux soit se contenter d'un seul 1µ céramique, directement, soit combiner ce 1µ (céramique, très important), avec un tantale ou un OSCON de 10 à 100µF

[bobflux]

C'est pour un régulateur d'éolienne 1kW

Ah OK, pas mal ça !

Sinon, bon, le MOS a une Qg de 120 nC, avec 3 en parallèle ça fait 360 nC.

À une fréquence de 1 kHz, Imoyen = Qf = 360 µA pas de blème.

A la commutation on prend 360 nC dans la capa de découplage et on les balance dans le MOS, Q=CV, avec C=1µF la tension sur la capa chute de 0.36V, c'est bon. Un 100nF ne sert pas à grand chose du coup...

> Il vaudrait mieux soit se contenter d'un seul 1µ céramique, directement

Tout à fait d'accord, de plus c'est des composants à trous, donc l'inductance du package du CI rend "hors sujet" la capa de 100nF...

Ton MOS va commuter en 120 ns

Pertes :
commutation : 120ns * f * I * V = 14 mW
résistif : 2.5W/transistor = 7.5W

On voit que tu pourrais commuter moins vite sans trop de problème si tu as des problèmes de parasites.

[Forhorse]

C'est une très mauvaise combinaison; si tu vas voir mon étude sur les condensateurs de découplage, tu verras que c'est un bon moyen de créer des résonances, même avec un layout optimal.
Il vaudrait mieux soit se contenter d'un seul 1µ céramique, directement, soit combiner ce 1µ (céramique, très important), avec un tantale ou un OSCON de 10 à 100µF

Ah bon, c'est pourtant ce que préconise Microchip (AN798) ou j'ai mal compris.
Mais bon, te connaissant, j'aurais plutôt tendance à te faire plus confiance qu'a Microchip et ses bugs, je vais donc faire ce que tu préconise.

[bobflux]

Tu peux faire confiance à Tropique

2 capa céramique CMS en parallèle ça passe car l'inductance est très faible.

Une capa à film non CMS (style WIMA) a suffisamment d'inductance pour faire une belle résonance série avec l'autre capa, bien visible à l'analyseur de réseau, dans les 5-10 MHz...

Là ton driver va balancer plusieurs ampères avec un temps de montée de l'ordre de la dizaine de ns... idéal pour exciter ce genre de résonance.

Les capa film c'est très bon pour les filtres, mais pour le découplage : NIET (quoi qu'en disent les audiophiles...)

D'ailleurs à ta place je mettrais 1µF céramique sur le driver et une petite ferrite CMS pour l'empêcher d'envoyer des saletés dans l'alim générale.

PS : envoie le reste du schéma/layout

[Forhorse]

D'ailleurs à ta place je mettrais 1µF céramique sur le driver et une petite ferrite CMS pour l'empêcher d'envoyer des saletés dans l'alim générale.

PS : envoie le reste du schéma/layout

J'ai trouvé des ceramiques X7R ou MLCC 1µF en CMS1206 et vu que ça m'arrange bien, c'est ce que je vais mettre.
Une ferrite je veux bien mais j'ai pas l'habitude de traiter avec ces bêtes là ! la seule ferrite que j'ai dans mes relations c'est la classique VK200
Du coup, t'aurais une ref sous le coude ?
J'ai plus trop la place, ça commence à devenir compact, surtout dans le coin du driver, donc en CMS1206 ou 1210 mais pas plus gros.

Schéma et layout joint.
Ceux qui ont déjà suivit mes discussions à propos de mon probleme de snubber et de protection contre les surcharges ne seront pas depaysé
Le layout est quasi finit, reste à router le driver de mosfet et placer les plan de masse + quelques vias au niveau des pistes de puissance afin d'equilibrer les deux faces (vu la complexité de la carte, je vais la faire faire avec trou metalisés alors autant ne pas s'en priver)

[bobflux]

> Une ferrite ?

Cherche "BLM21P" sur Farnell, genre :

http://fr.farnell.com/murata/blm21pg...hms/dp/1515661

CMS 0805 donc facile à caser, pas cher, ça a une résistance DC très faible, mais plusieurs centaines d'ohms à 100 MHz, avec ça et une capa CMS locale, les parasites d'alim restent confinés.

Tant qu'à faire mets-en sur l'entrée alim de ta carte uC.

Ça empêche les parasites de sortir et de se coupler au reste via les câbles, et ça empêche les parasites de rentrer.

Sinon, il pourrait y avoir des problèmes avec le layout

- à quoi est relié +Batt/-Batt ?
- quelle est la charge ?
- quelle est la dissipation dans D1 ?

[Forhorse]

- à quoi est relié +Batt/-Batt ?
- quelle est la charge ?
- quelle est la dissipation dans D1 ?

- A la batterie (batterie au blomp 24V)
- Une resistance de puissance de 0.8 ohms environ
- Aucune idée

[bobflux]

OK... la charge est non (ou très peu) inductive donc la dissipation dans D1 sera presque nulle.

Comme tu n'as pas mis du tout de capa de découplage sur le Batt+:

- Quand le MOSFET devient conducteur, , il faudra un certain temps à la batterie pour réagir et fournir du courant. Il y a aussi l'inductance des fils jusqu'à la batterie.

- Il est donc possible que l'inductance de sortie (qui sert à limiter le temps de montée du courant pour laisser le temps à la protection anti court circuit de réagir) ne serve à rien.

- J'en déduis que D4 sert à absorber les pics inductifs ...

Sans découplage, quand le MOSFET conduit, comme il est impossible que la batterie réagisse en 120 ns, Batt+ tombera à 0V pendant quelques microsecondes. Ensuite le courant s'établira. Donc ça devrait pas mal aider pour les parasites. Ça dépend si il y a ou non des grosses capas en parallèle sur la batterie.

[Forhorse]

Non aucun decouplage de prévu sur la batterie car je n'en vois pas l'utilité, a moins que je me trompe.
Le but n'est pas d'alimenter une charge mais de dissiper un surplus de production d'energie, donc la forme du courant et le temps qu'il met à s'établir dans la charge n'est pas d'importance... tant que ça n'engendre pas de soucis de fiabilité du circuit ?
La charge est effectivement principalement resistive, au depart je n'avais même pas prévu du diode de roule libre... mais c'est une securité qui ne coute pas grand chose. Et puis comme dans cette gamme de puissance c'est surtout des résistances bobinées, qui présente donc une faible composante inductive, je me dis que c'est quand même une bonne precaution.

Dans la discussion sur la protection contre les surcharges, il me semble bien qu'on avait dit que l'inductance de sortie n'était sans doute pas indispensable, que celle des fils serait peut être suffisante mais que dans le doute quelques spires de fil ne ferraient pas de mal. J'ai donc là aussi decidé de la mettre, la encore comme précaution.

D4 est une diode transil. Je l'ai choisie (au pif...) dans deux buts :
- Protection contre les surtensions transitoires d'ordre atmospherique (foudre)
- Prection contre les inversions de polarité : mise en court circuit d'où fusion du fusible normalement palcé en amont...

En tout cas merci de vous être penché sur mon cas. je suis rassuré, visiblement j'ai pas fait de grosses conneries, y'a des chances que mon truc fonctionne !

[bobflux]

Ça m'a l'air bon.

Par contre à 50A tes MOS vont chauffer, je ne vois pas de dissipateur... 7.5W c'est pas la mort à évacuer, si tu as un coffret métallique ça suffit...

Perso je mettrais la puissance d'un côté de la carte et le signal de l'autre, genre :

http://sketchtag.com/KRxxnSycSA

Plus pratique pour les raccordements (les connecteurs en bord de carte...)

[Forhorse]

Par contre à 50A tes MOS vont chauffer, je ne vois pas de dissipateur...

Il est pourtant bien prévu, mais dessous la carte !
En fait tout les composants en boitier TO220 (MOSFETs et regulateur 7805) prennent place sous la carte visé sur un gros dissipateur (avec pad d'isolation electrique)
Il n'y a que pour la diode de roue libre ou je me pose encore des questions, est-ce que je la met sur le dissipateur histoire d'assurer son refroidissement ? ou est-ce que je la place sur le circuit pour renforcer la connexion de la cathode (la piste assurant alors le rôle dissipateur)?
Initialement la carte devait faire la même taille que le dissipateur, mais j'ai pas suffisament de place, ça va donc depasser un peu... je verrais plus tard pour trouver un boitier pour chapeauter ça (la carte de commande doit prendre place au dessus de la carte de puissance)

Pour le routage je vois bien ce que tu veux dire. J'y avais songé au début pour bien vite laisser tomber cette option.
- Déjà, au vu du courant important qui risque de circuler, j'utilise les 2 faces par connexion, du coup ca mange pas mal de place
- Ensuite j'ai des composants plutôt volumineux : le transducteur de courant LEM et l'inductance L3 qui ne me laissent pas vraiment de liberté de routage au vu des contraintes dimmensionnelles que je m'étais imposé.
- Enfin, le concepteur n'étant pas toujours l'installateur, je voulais une disposition des connexions "naturelle" : entrée d'un côté, sortie de l'autre, plus en haut, moins en bas. Des fois ça evite parfois bien des conneries, même sur des circuits que l'on a soit même conçu (je suis spécialiste des boulettes de ce genre )

Maintenant je n'ai surtout pas la prétention de dire que ce layout est parfait ni même meilleur que d'autres. Je n'ai aucune formation particulière dans ce domaine et très peu d'experience. C'est d'ailleur la première fois que je conçois un circuit ayant à vehiculer une telle puissance (et c'est aussi pour ça que pour la première fois je vais faire faire le PCB : cause trous metallisés quasi indispensable)

[bobflux]

> au vu du courant important qui risque de circuler,
> j'utilise les 2 faces par connexion

Le vieux truc : souder un bout de fil de cuivre rigide de forte section sur le CI en parallèle avec la piste. Ou de la tresse à déssouder, ça marche bien.

> mais j'ai pas suffisament de place, ça va donc depasser un peu...

tu peux couper ta carte en 2 : puissance (vissé sur dissipateur) et ta petite alim à découpage (sous forme d'une petite carte montée à 90°)