Puissance efficace / dissipation

[Aurélien]

Bonsoir,
Je suis en train de dimensionner un refroidissement pour un étage de régulation de courant linéaire avec un MOSFET.
La régulation se fait de manière intermittente (250ms ON, 1250ms OFF), autrement dit rapport cyclique 1/6.
Dans le pire des cas, lorsque la régulation est active, le transistor se mange 60V en Vds et 80mA de courant. Soit une puissance instantanée de 4.8W.
Pour le calcul de l’échauffement thermique, j'hésite entre deux méthodes :
- prendre la valeur moyenne de la puissance, soit 4.8/6 = 0.8W
- prendre la valeur efficace de la puissance, soit racine(4.8²/6) = 2W
Je préférerais la première Mais je penche pour la seconde solution étant donné que pour le calcul de l’échauffement on se contente d'appliquer U=RI avec U correspondant à la température, et I à la puissance...

Merci
Aurélien
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[invitefaaca50b]

si rapport cyclique, c'est une commande en hachage. Ce qui chauffe, c'est les transitions. Le transistor ne semble pas etre utilise en lineaire.
Voir le RDSon associé au courant qui traverse ton transbut, et tu auras ta puissance dissipee en etat commandé... n'oublie pas de diviser par 6 pour avoir la puissance dissipee moyenne.

[Aurélien]

Je ne suis pas en hachage, je suis en régime linéaire. Un circuit tres simple : un AOP, une resistance de shunt, et un MOS. Le courant dans la charge est régulé par le transistor, piloté par l'AOP asservi par le feedback provenant du shunt et une consigne.
Il n'y a pas de transition à prendre en compte dans mon cas (aux dernieres nouvelles, 1Hz ne provoque pas d’échauffement dansun MOS

Le rapport cyclique de 1/6eme s'applique à une fréquence de 0.66Hz...

En régulation OFF, il n'y a rien sur le MOS, Vds=70V, I=0 donc puissance nulle.

En regulation ON, il peut y avoir (depend de la tension d'alim) Vds=60V (la charge prend 10V) et courant 80mA donc puissance dissipée 4.8W. Le Rds on du transistor s'adapte à la charge puisqu'on travaille dans la zone limite du Vgs...
Je sais qu'un circuit à découpage serait bien plus efficace, mais une question de coût et de simplicité je pars sur une regul linéaire.
Ca chauffe, mais de combien !

Aurélien

[Tropique]

- prendre la valeur moyenne de la puissance, soit 4.8/6 = 0.8W
- prendre la valeur efficace de la puissance, soit racine(4.8²/6) = 2W
Je préférerais la première Mais je penche pour la seconde solution étant donné que pour le calcul de l’échauffement on se contente d'appliquer U=RI avec U correspondant à la température, et I à la puissance...

Ton instinct ne t'a pas trompé: la puissance rms n'est qu'une invention des audiophiles, et n'a aucune existence physique (d'ailleurs, lorsqu'ils parlent de watts efficaces ou de watts rms, ils parlent en réalité de watts moyens, comme monsieur Jourdain, etc, etc).

Bref, ce qui compte sont les watts moyens, et à partir du moment où tu travailles en watts dès le départ, il ne sait pas y avoir d'ambiguité. Les soucis commencent lorsqu'on part de courants ou de tensions rms: il est très contre-intuitif de calculer une puissance moyenne à partir d'un courant ou d'une tension rms, même si c'est exactement dans ce but que ces grandeurs (purement virtuelles en fait) ont été créées.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Aurélien]

Bonsoir,
Donc dans mon cas, j'aurais donc à dissiper une puissance de 0,8W, obtenue par moyenne 1/6eme de la puissance peak, c'est bien ça ?

Et si je prends le cas où le courant qui alimente ce regulateur passe dans une resistance R, alors la puissance dissipée dans cette résistance est égale à la puissance crete dissipée dans la resistance, divisée par 6.

J'avoue que j'ai toujours intuitivement travaillé comme ça, mais c'est en discutant avec un "expert CEM" que j'ai été embrouillé. On parlait d'un echauffement de cable avec un signal carré, et quand j'ai rapidemment appliqué mon calcul de valeur moyenne il a commencé à me parler de courant efficace. Alors que pour un signal carré il suffit de multiplier le courant crete par le rapport cyclique pour obtenir le courant efficace, qui est égal au courant moyen, c'est bien ça ?

Aurélien

[Tropique]

Bonsoir,
Donc dans mon cas, j'aurais donc à dissiper une puissance de 0,8W, obtenue par moyenne 1/6eme de la puissance peak, c'est bien ça ?

Et si je prends le cas où le courant qui alimente ce regulateur passe dans une resistance R, alors la puissance dissipée dans cette résistance est égale à la puissance crete dissipée dans la resistance, divisée par 6.

Exact

J'avoue que j'ai toujours intuitivement travaillé comme ça, mais c'est en discutant avec un "expert CEM" que j'ai été embrouillé. On parlait d'un echauffement de cable avec un signal carré, et quand j'ai rapidemment appliqué mon calcul de valeur moyenne il a commencé à me parler de courant efficace. Alors que pour un signal carré il suffit de multiplier le courant crete par le rapport cyclique pour obtenir le courant efficace, qui est égal au courant moyen, c'est bien ça ?

Non, c'est faux.
Il y a deux cas à considérer: un carré unidirectionnel et un alternatif.
Si on prend un unidirectionnel de d=50%, amplitude 1A dans une résistance de 1ohm, la puissance moyenne est de 1W/2=0.5W. Le courant moyen est de 0.5A. Mais 0.5²*1=0.25, la valeur efficace n'est donc pas égale à la valeur moyenne.
Dans le cas d'un créneau alternatif de 1A crête, et de d=50%, les valeurs crête, moyenne et efficace sont identiques, mais c'est un cas particulier.
Si on prend un signal alternatif de d non égal à 50%, et de valeur crête à crête 2, et qu'on le laisse se centrer, on aura des résultats différents.

[Aurélien]

D'accord.
Ainsi, pour un signal carré unidirectionnel de rapport cyclique D, je calcule la valeur efficace du courant qui est I*racine(D), et donc quand je calcule ma puissance au final cela revient à faire P = R*I²*D. Et donc cela revient à calculer la valeur moyenne de la puissance, elle meme obtenue à partir de la puissance peak et du rapport cyclique. Bon, ça rentre dans l'ordre !

Aurélien

[xberger]

Bonjour,

Hachage ou linéaire ?

Pour moi, c'est du hachage de courant !
Ton courant est obtenu à partir d'une source linéaire.

Ta puissance moyenne est : P = (T_on.U_on.I_on + T_off.U_off.I_off)/T

Avec
U_on = 60V
I_on = 80mA
T_on = 250mA
U_off = 70V
I_off = 0mA
T_off = 1250mA
T = T_on + T_off = 1,5s

On ne peut considérer la puissance moyenne pour le transistor que si la période de découpage est faible par rapport au temps de réaction du système (échauffement du transistor + radiateur). Mettre un coefficient de sécurité (ex : 2) peut être rassurant.

Le gros problème, c'est que tu perds une puissance énorme dans le transistor en raison de la tension d'alimentation élevée.

Cordialement

Xavier

[Tropique]

Pour une puissance modeste, comme ici, cela n'entre pas vraiment en ligne de compte: à titre d'exemple, l'inverse de la capacité thermique pour un TO220 est de l'ordre de 2°C/Joule. Avec les 1.2J du cas présent, et sans même tenir compte des déperditions, donc en conditions adiabatiques, on n'arrive qu'à une élévation transitoire de 2.4°C, dans des conditions réelles ce sera plus faible encore, et cela sans même tenir compte d'un radiateur.
Cela peut donc être négligé sans risque, même pour un boitier sensiblement plus petit.

[Aurélien]

Sur un boitier D²PAK (TO263) je devrais pas avoir trop de mal à dissiper ces 0.8W
Je suis d'accord que c'est une considérable perte d'energie au vu de l'application, mais bon 0.8W c'est pas la fin du monde.