Protection MOSFET de puissance en commutation

[invite51ca431d]

Bonjour à tous
J'ai un souci avec un pilote automatique dont le moteur électrique est commandé par un pont de MOSFET (IRF3205) en +/-12volts.
Ces transistors de puissance meurent régulièrement (de préférence quand je suis seul à bord) alors que le courant de source max n'est jamais dépassé et que la température de fonctionnement est largement à l'intérieur des limites fixées par le constructeur. Je suspecte plutôt le bobinage du moteur de créer une surtension inverse à chaque commutation. J'ai pensé qu'une protection par diodes ne serait pas une mauvaise idée, mais quand je m'intéresse au schéma intérieur du transistor je vois que la diode de protection est déjà incluse, donc fausse piste, à moins qu'il faille mettre ces diodes aux bornes du moteur? qu'en pensez vous?

Merci d'avance
PS: la carte processeur, l'interface de puissance, le moteur électrique sont prévu pour fonctionner ensemble au départ.
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[DAT44]

Bonjour,
c'est peut être la commande du pont qui est mauvaise ?
tu as le schéma du montage ?

[invite51ca431d]

Bonsoir
Merci pour cette réponse rapide.
Je n'ai pas le schéma de la carte. Et le pont de puissance fait partie de cette dernière. En plus c'est du multicouche tropicalisé et j'hésite à mettre les mains dedans. Il me semble qu'il y a un étage intermédiaire de commande mais je vois pas comment il pourrait provoquer la destruction des MOSFET

[azad]

Salut,
en principe on utilise pour les pilotes des moteurs pas-à-pas et si ton pilote est bien réglé ce moteur ne devrait pas être sollicité trop souvent. En moyenne, une correction d'un pas toutes les 10 secondes dans le cas de navigation calme. As-tu un voilier, ou un bateau moteur ? As-tu bien configuré et initialisé le pilote ? Et aussi, pilote de barre franche, à roue ou hydraulique ?
J'ai eu moi aussi des problèmes du même genre, mais après réflexion je me suis rendu compte que tout était de ma faute. Voiles mal réglées par exemple, ou objet métallique traînant pas loin du compas.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite7a39c3be]

S'il cassent c'est soit car la température est trop élevée ou que la tension dépasse la tension max. Dans ton cas tu as une tension de 12V et tes MOSFET on 55V de Vds, c'est bien au dessus donc je ne pense pas que se soit la raison. Ils sont monté comment, sur un refroidisseur ?

PS: Les diodes "intégrée" ne valent pas grand chose, c'est des diodes du à la construction du MOSFET (on ne peut pas l'enlever) et comme est sont terriblement mauvaises le constructeur intègre une diode en parallèle un peu mieux mais toujours pas géniale.

[azad]

Les fabricants de matériel marine, sont généralement assez consciencieux, je doute très fort à un vice caché lors de la construction. A mon avis , et j'ai dans ce domaine, une bonne expérience, la cause est externe. Au vieux Port de Bastia, je suis souvent obligé de me rendre sur mon ponton, à la nuit tombée, pour n'être pas submergé de questions sur les pilotes, sondeurs ou autres radars et chargeurs de batteries. Dans le cas présent il faudrait connaître la marque et le type de pilote. J'ai vu beaucoup de transistors griller sur des pilotes hydrauliques, simplement par manque de pression (fuite interne au maître cylindre) dans le circuit hydraulique. Dans ce cas le pilote corrige de façon répétitive pour retrouver le bon cap alors il "croit" tourner un safran qui bien sûr reste immobile. Certains modèles ont aussi des capteurs de pression sur la mèche du safran et en cas de déséquilibre cherchent à équilibrer la pression. Et cela arrive quand pour tenir un cap précis, on est obligé de mettre la barre un peu au delà du point neutre. Bref, marche du bateau, et mauvais réglages du pilote, tout cela contribue à flinguer les transistors.
Il y a aussi, l'environnement électrique : c'est fou ce qu'un TOS élevé dans une antenne VHF, peut perturber l'électronique embarquée.

[invite51ca431d]

Merci à tous pour vos réponses.
Il me semble qu’il faut que je vous donne un peu plus d’informations sur mon problème :
Il s’agit d’une électronique Silva (soft, carte mère, interface de puissance) qui commande un moteur électrique Leroy Somer d’environ 300W réversible qui commande un ensemble hydraulique Lecombe & Schmitt lui aussi réversible (ensemble ST60) de 900KG de poussée qui agit sur un bras de mèche reliée au gouvernail principal.
Le principe de la commande est basée sur fait qu’il y a un découpage de la tension continue et qu’en jouant sur la largeur des impulsions ont fait varier la valeur efficace de la tension aux bornes du moteur.
Le moteur tourne donc plus ou moins vite en fonction des paramètres de gain qu’on entre dans le pilote.
Les transistors sont montés en pont pour pouvoir inverser la tension aux bornes du moteur.

Je précise que cet ensemble est prévu et vendu pour fonctionner tel quel et qu’il n’y a pas de problème de compatibilité.
Le bateau est un voilier de 12m
La première panne est survenue au bout d’un an (environ 800h de fonctionnement). Le dissipateur qui supporte les MOSFET (IRF3205) était très chaud et j’ai pensé que la température élevée du substrat était la cause de la destruction de la jonction d’un des transistors. J’ai donc dessoudé les transistors qui étaient d’origine sur la carte mère pour les installer sur un dissipateur plus conséquent et mieux ventilé.
Ce nouveau montage a tenu environ un an jusqu’à une nouvelle destruction d’un des transistors. Cette nouvelle panne est survenue par temps calme alors que le moteur ne forçait quasiment pas. Le dissipateur était également froid
L’ensemble est correctement installé, le circuit hydraulique est parfaitement entretenu et exempt de bulles d’air.
J’ai tout de suite pensé que les commutations faisaient réagir l’ensemble comme un circuit d’allumage batterie-bobine-vis platinées sur un moteur de voiture (la bobine étant le moteur et les MOSFET les vis platinées) ce qui induirait immanquablement des surtensions dues au Ldi/dt du bobinage et auxquelles les transistors ne résisteraient pas. Mais je me trompe peut être.
C’est pour cela que j’ai pensé ajouter une protection aux bornes des transistors (diodes par exemple) mais je ne suis pas convaincu.

[bobflux]

> J’ai donc dessoudé les transistors qui étaient d’origine sur la carte mère
> pour les installer sur un dissipateur plus conséquent et mieux ventilé.

Poste une photo. Ajouter de la longueur de fil sur des MOS ajoute de l'inductance, sur la gate c'est gênant, cela peut causer des oscillations qui vont détruire le MOS.

Le dissipateur porte-t-il uniquement les MOS du pont ou bien autre chose ?

Est-ce que le moteur est susceptible d'être entraîné par ce qu'il y a après (et donc fonctionner en générateur) ?

> C’est pour cela que j’ai pensé ajouter une protection aux bornes des transistors (diodes par exemple)

Effectivement commuter une charge inductive nécessite des diodes de protection (c'est obligatoire). La diode intégrée dans le MOS a en général des caractéristiques moyennes (balèze mais lent) mais bon en général elle convient.

[invite51ca431d]

merci bobfuck
je ne peux pas envoyer de photo dans l'mmédiat car le pilote est toujours installé à bord.
A l'origine les MOS étaient montés avec les régulateurs de tension sur le même dissipateur (trop petit a mon gout: 4W)
j'ai donc isolé les Les MOS sur un dissipateur de 25W où ils se trouvent seuls à présent.
Bien vu! j'avais pas pensé à la longueur des fils qui peuvent être néfastes (20cm). Est ce que si je les tresse je diminue les risques?
Le moteur ne peut pas être entrainé par la pompe hydraulique car il y a un système d'électrovanne avec clapets. Donc rien de ce côté...
Si on fait ceinture et bretelles et qu'on rajoute des diodes en plus de celles incluses dans les transistors, quel type dois-je choisir et comment les monter?

[bobflux]

À l'origine les MOS étaient sur le circuit imprimé ?

20 cm de fils, c'est suffisant pour causer des problèmes. Je ne dis pas que c'est ça à 100%, mais il y a des chances.

D'une part, l'inductance des fils peut faire osciller les MOS. Ça ne dépend pas trop des caractéristiques du circuit, juste des inductances/capacités parasites et du MOS. Ça peut se régler avec une ferrite ou une résistance sur la grille.

D'autre part, dans un pont, quand un MOS bloque alors que le courant dans la charge (inductive) est non nul, le courant va continuer à circuler en passant par la diode de l'autre MOS. Comme les connections ont toujours une inductance non nulle, le fait de changer le trajet du courant provoque un pic de tension. Plus la commutation est rapide et plus les fils sont longs, plus ce pic sera important. À la limite tu peux torsader les fils et ajouter une petite résistance sur la grille (mais en commutant moins vite les MOS chaufferont plus).

Comme tout ça dépend des éléments parasites du circuit, il faudrait examiner le truc à l'oscillo avant (et après la modif).

Sinon, une autre solution est de revenir au montage original en ajoutant un ventilateur pour refroidir le dissipateur trop petit, avec un thermostat, ce n'est pas compliqué à faire.

[invite51ca431d]

Merci bobfuck
Oui en effet, les transistors étaient sur la carte mère avec les régulateurs de tension (de mémoire 7805 ET LM317) ou qque chose dans ce genre, en fait ce sont les régulateurs qui chauffent le plus. J'ai donc retiré les Xtor de puissance et j'ai soudé du 1mm² de mémoire peut etre du 1,5. Mais l'ENORME avantage c'est de pouvoir préparer un ou plusieurs modules de secours (coût inférieur à 10 euros si on fait de la récup pour le dissipateur) et il suffit en cas de panne de débrancher le sucre (je sens que ça va pas te plaire le coup du sucre...) et hop on est reparti, ensuite j'ai tout le temps qu'il faut pour repérer et changer le transistor deffaillant sans avoir besoin d'emporter 10 pilotes complets comme ils font en course!!!.
POur ce qui est de remonter l'ensemble comme à l'origine j'ai peur en redessoudant une deuxieme fois les fils de faire des bêtises et peut etre même d'arracher les trous métalisés....alors là bonjour les dégats, la carte coute 2000 Eur en échange standard !
Je vais suivre tes conseils et je te tiens au courant.
Comment je fais pour entrer de nouveau en contact avec toi si c'est dans 2semaines?
Merci
A+

[bobflux]

> pouvoir préparer un ou plusieurs modules de secours

effectivement...

> je sens que ça va pas te plaire le coup du sucre

boah, ça ne change rien à l'inductance parasite...

> la carte coute 2000 Eur en échange standard !

lol

Poste une photo du truc.

As-tu un oscillo ?

[invite51ca431d]

je serai à bord demain je vais prendre une photo
Oui j'ai un oscillo, à l'époque j'avais rien remarqué de spécial à l'oscillo, mais c'est un 20 méga seulement et pas de mémoire donc un peu limité.

[azad]

Il se trouve que j'ai réparé ce genre d'engin, et j'avais la chance d'avoir la documentation technique complète. (fournie d'office par le fabricant). Mais sur le modèle que j'ai eu en main l'inversion de sens du moteur était effectivement produit par des IRF... qui commandaient deux relais, tandis que la vitesse du moteur, elle, était commandée par un autre IRF monté tout seul sur un autre radiateur. Et c'est celui-là qui grillait assez souvent. Sans doute n'était-ce pas le même modèle. En principe, tu devrais avoir un boîtier de commande avec un inverseur rotatif, avec "on", "auto", "man" et d'autres positions pour le choix de la navigation. Ce boîtier indique aussi le cap choisi, et la différence avec le cap réel. Et également je crois un autre indicateur qui montre la position du safran. Est-ce comme cela chez toi ? Je crois également me rappeler que la carte électronique principale était assez grande, genre format 21x27 et qu'elle comportait un grand connecteur à dominos d'au moins une vingtaine de fils. Le tout enfermé à fond de cale dans un boîtier alu avec couvercle.

[Peio64]

Bonjour à tous,

Dommage que ce fil n'aille pas plus loin et qu'on ne sache pas si, finalement, le problème a été résolu et de quelle façon.
Je suis tombé dessus car je m'intéresse aussi aux ponts en H à base de MOSFETs en sortie de puissance d'un pilote automatique.

Brièvement, voilà mon problème particulier:

Mon pilote est un Navman 3380 qui commande lui aussi une pompe hydraulique réversible Furuno HRP17-12 donnée pour 5-8A "moyens" en 12V (j'ai un doute sur la signification exacte de ce "moyens"). Jusque là ce pilote a très bien fonctionné et je croise les doigts pour que ça continue ainsi car Navman, puis Northstar, qui ont successivement produit ce pilote ont tous deux disparu depuis quelques années et il est devenu impossible de trouver des pièces de rechange pour ce pilote.
Mon souci, c'est qu'il délivre un ampérage de sortie réglable entre 1 et 10A. Avec un réglage sécurisant à 8A, il alimente parfaitement la pompe précitée dans la majorité des cas, mais en conditions de mer et de vent difficiles (vagues et vent 3/4 arrière) et quand le bateau avance à sa vitesse maximum (c'est à dire lorsque les efforts à produire sur le safran sont les plus importants) il lui arrive de se mettre à genoux et de disjoncter (avec comme message d'erreur "Ampérage trop haut" ou "Voltage trop bas").
Cela se produit uniquement lorsque le bateau, en descendant une vague, part à l'abattée ou au lof avec un écart de cap brutal et important. A ce moment, le pilote envoie le plus rapidement possible la barre à fond d'un bord ou de l'autre, puis essaye de la ramener tout aussi rapidement lorsque la correction de cap est engagée. A 8/10 Noeuds, on entend clairement que le moteur de pompe est à la peine et c'est à ce moment que le pilote disjoncte par sécurité.

Je me suis dit que pour corriger ces "pannes" intempestives, je pourrais peut-être ajouter un étage de puissance en sortie du pilote, soit pour délivrer 10A ou un peu plus à la pompe existante, soit pour installer une pompe nettement plus puissante qui, bien entendu, réclamera un ampérage encore supérieur dans ces moments-là.

Si je soumets cette question dans ce fil, c'est que l'utilisation d'un second pont en H externe largement dimensionné, commandé par celui interne au pilote, soulagerait le second, ce qui pourrait peut-être aussi solutionner simplement le problème posé par Georges830 à l'origine de ce fil (le pilote n'ayant sur le papier presque plus rien à produire en sortie).

Pensez-vous que cela puisse fonctionner, y compris en PWM si le réglage du "gain" se traduit bien par une fonction PWM ?

Si oui, pensez-vous que cet étage de puissance pourrait être très simplement constitué de ce genre de composant destiné à l'automobile (pour les ventilateurs, essuie-glaces ou que sais-je ?) :

http://www.st.com/web/en/resource/te...CD00043711.pdf

(VNH2SP30-E "Automotive fully integrated H-bridge motor driver", 30A, 41Vcc max, 5V input logic, un peu plus de 10 Eur pièce chez Digi-Key Co.)

Si oui, ce serait la solution idéale pour "booster" sans risque et sans bidouillage interne la sortie de puissance du pilote et son petit prix permettrait d'avoir à bord en stock un ou deux circuits de secours "au cas où"...

Si vous pensez que c'est possible, le seul petit problème que je vois va être de greffer un dissipateur efficace sur le VNH2SP30 (si j'ai bien compris, il y a en fait 3 dissipateurs indépendants à souder sous le circuit). Et aussi, comment le brancher sur la sortie du pilote pour que ce soit efficace et sans risque, surtout pour le pilote pour la raison que j'ai exposée plus haut.

Merci par avance pour vos lumières

Peio

[invite5637435c]

Bonjour,

le VNH2SP30 est une commande moteur utilisée en automobile pour la commande des moteurs de réglage des sièges (dorsale et assise)

Pour ta problématique de pilote les choses ne peuvent se réduire à ajouter un étage d'assistance au premier module.
Le cas de profil que tu décris en situation de navigation sont aux limites du système et il est donc logique qu'il se sécurise à un certain moment.
Si les efforts sur la mécanique du moteur de pompe deviennent excessifs il faut sécuriser avant de tout casser.
Il est difficile de répondre sans connaitre les caractéristiques de ton équipement mais il semble qui lui manque un mode adaptatif qui ferait qu'au delà d'un effort lourd à produire il se déleste le temps de passer ce moment difficile pour ensuite pouvoir effectuer la tâche avec moins de stress.

[Peio64]

Merci pour cette réponse ultra-rapide.

Mais est-ce que ce VNH2SP30 pourrait constituer un étage supplémentaire de puissance (il peut sortir 30A, sur le papier) ? Est-ce ce que vous voulez dire par "étage d'assistance" ?

Si je peux disposer de plus de courant pour la commande, je pourrai peut-être envisager d'installer une pompe plus puissante, mais dans la situation actuelle, la pompe dont je dispose est dans la limite haute du pilote.

Sinon, c'est vrai qu'il faudrait penser à une sécurité pour le moteur actuel dont je n'ai malheureusement pas les caractéristiques précises. Je pense par exemple à un limiteur thermique.

Quant au délestage, je ne vois vraiment pas comment je pourrais faire ça....

Peio

[invite5637435c]

Non pas 30A, ça c'est la limite absolue, une dizaine d'Ampères au grand maximum c'est déjà pas si mal.
Le plus compliqué pour un usage non professionnel c'est de trouver un moyen simple de pouvoir le souder sur le PCB, les pads se trouvant dessous ne peuvent normalement être soudés que par refusion.
Pour le délestage il faut réduire la puissance du moteur au delà d'un certain courant puis retenter juste derrière une commande en faisant progressivement remonter la puissance transmise à la pompe via le PWM, une sorte de mise en roue libre comme sur un vélo.

Ce genre de circuit réagit beaucoup plus vite qu'un disjoncteur thermique, ce dernier reste néanmoins indispensable, vous en avez probablement déjà un installé dans votre moteur.
Bidouiller votre pilote de toute façon ne serait pas très judicieux, sans schéma de l'existant ce serait bien trop risqué et hasardeux.

[Peio64]

Bonjour,

[le pont intégré VNH2SP30]
La datasheet donne pourtant ce circuit comme pouvant sortir 30A en continu, ce qui serait le double environ de ce que je lui demanderais de produire très occasionnellement.

Pour préciser les choses, j'ai obtenu des renseignements précis sur le moteur (à aimants permanents) de la pompe hydraulique que j'utilise (Accu-Steer HRP 17-12) : bloqué, il passe 30A en 12V pendant 15 secondes avant de griller.

Il n'est bien entendu pas question de le pousser jusque là mais, vu cette caractéristique, je pense qu'il pourrait accepter une quinzaine d'Ampères (sous 13.5V max.) pendant quelques secondes sans dommage. Ceci me semble largement suffisant si je considère que la pompe fonctionne très bien dans 98% des cas avec un ampérage actuellement limité à 8A.

De plus, la rotation du safran depuis la position centrale jusqu'en butée sur un bord ou l'autre prend environ 5s pour s'accomplir à la vitesse moyenne du bateau (6 noeuds). Il va de soi que le mouvement n'est pas linéaire et que plus le safran prend de l'angle par rapport à l'axe du bateau, plus le mouvement ralentit puisque la force exercée sur le safran augmente (la pompe perd des tours). A vitesse maximum du bateau, j'estime que le même mouvement doit prendre 2/3 secondes de plus, le ralentissement en fin de déplacement étant bien entendu beaucoup plus marqué puisque la force exercée sur le safran est beaucoup plus importante. C'est toujours dans cette fin de déplacement (grande angulation) que le pilote disjoncte et, donc, que la consommation du moteur dépasse les 8A que j'ai fixés pour limite au pilote. (Un peu comme une voiture télécommandée qui attaquerait une rampe de plus en plus forte, quoi, jusqu'au moment où la rampe devient trop forte pour le nombre de watts disponible)

J'en déduis qu'il suffirait de pouvoir dépasser assez largement ces 8A pendant quelques secondes (au maximum) pour obtenir un fonctionnement sans coupures intempestives (coupures qui laissent la barre bloquée sur un grand angle, ce qui n'est pas terrible question sécurité. Il faut vite, très vite reprendre la main !).
Ces (rares) pics éventuels de puissance seraient séparés par plusieurs secondes de répit pour le moteur puisque lorsque la correction de cap est effectuée, le retour du safran vers l'axe du bateau s'opère avec l'aide de la pression de l'eau : le moteur fonctionne à ce moment quasiment en "roue libre".

Pour ce qui est du pad de refroidissement situé sous le CI, effectivement ça pose problème pour lui adjoindre un dissipateur. Ne pensez-vous pas qu'il serait possible d'évider le PCB sous le CI (à la Dremel, par exemple) histoire de lui adjoindre a posteriori une plaque de cuivre ou quelque chose comme ça ?

Sinon, j'ai aussi trouvé ceci :

http://www.st.com/st-web-ui/static/a...DM00040392.pdf

...encore une fois destiné à un usage automobile et donné pour passer 40A en continu (80 A crête) et supportant jusqu'à 72 V. C'est très bon marché (4.90 USD chez DIgi-Key) mais c'est bien moins complet que le pont intégré VNH2SP30 (qui est donné pour un courant max. continu de 30 A, je viens de vérifier) qui comprend drivers et sécurités diverses (en particulier en limiteur de courant).

Mais, vu les caractéristiques du pont VNH7013XP-E (40 A continu, maximum gate-source 18V), ne pensez-vous pas qu'il serait possible de le commander directement par la sortie "normale" du pilote (+/- 13.5V max), c'est à dire par le pont en H interne existant ?

Pour le reste, je prévoyais donc de limiter le courant à 15 A par un disjoncteur thermique, auquel je pourrais peut-être adjoindre un klixon "normalement on" taré à 80-100° C et fixé sur le moteur de la pompe. C'est en effet ce moteur que j'entends protéger principalement, puisqu'on ne le trouve qu'aux US et qu'il coûte la bagatelle de 341 USD (plus transport, plus taxes). Le circuit à 20 Euros, je m'en fiche un peu : si ça fonctionne, tant mieux, sinon je recommence différemment ou je rebranche le tout comme avant.

En tous cas, encore merci à tous de vous pencher sur ce petit problème...

Peio