Hacheur de puissance

[Yvan_Delaserge]

Ce qui est aussi frappant, c'est de voir que lorsque la saturation apparaît, l'amplitude du créneau au secondaire décroît. C'est bien visible sur cette image.http://forums.futura-sciences.com/at...1&d=1378932522

Je suis quand même surpris. Je ne pensais pas que la saturation entraverait la transmission de puissance du primaire vers le secondaire.

A vrai dire, je na m'attendais même pas à voir apparaître des signes de saturation en charge. A vide, OK, mais en charge, le courant circulant dans le secondaire tend à s'opposer à la saturation.

On en apprend tous les jours.

La conclusion est que la saturation est à éviter comme la peste. Elle est parfaitement capable de détruire les transistors du hacheur par la surintensité qu'elle provoque.

Corollaire de la conclusion: Interdiction de descendre au-dessous de 200 Hz pour la suite des essais!

Amicalement,

Yvan
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[Biname]

S'il s'agit du primaire 220 spires non scindé dont on suppose qu'il fait 4H, les oscillogrammes ne correspondent pas du tout aux résultats du modèle. Ces traces correspondent à un primaire de 200-400 mH voire moins. Le modèle n'est pas en cause, non pas parce qu'il est le mien mais parce que la technologie derrière ces modèles est solide et très très très très très puissante mais aussi parce que Linear Technology ne peut pas se permettre de distribuer des logiciels boiteux. LTSpice est plus fort, plus fiable et un 1000 milliards de fois plus rapide que moi. Tant qu'on ne connait pas avec certitude la valeur de l'inductance du primaire, on bidouille.

Que la tension au secondaire chute lorsque le primaire sature est tout à fait normal. Ce sont les variations du flux qui transfèrent de l'énergie du primaire au secondaire ; si le flux est constant, il ne se passe rien au secondaire Vsec = 0 (cas du courant continu au primaire). La saturation fait diminuer la variation du flux.

Sur l'oscillogramme du msg #271, il faut aussi voir que le courant au primaire débute avec une valeur beaucoup plus élevée lorsqu'il y a saturation, il y a une explication à cela mais pour l'instant, je ne vois pas.

[Yvan_Delaserge]

C'est un courant négatif, c'est qui retourne dans la capa de filtrage à travers les diodes body.
Non?

Amicalement,

Yvan

[Biname]

C'est un courant négatif, c'est qui retourne dans la capa de filtrage à travers les diodes body.
Non?

Amicalement,

Yvan

Je ne pense pas ? A droite -la fin du créneau- ça ressemble à ce que doit être le courant en cas de saturation, à gauche le courant 'demarre' plus haut qu'au cycle précédent et le problème commence là ! Explication ... on cherche toujours.

Ca ressemble assez bien à du flux walking ... ???

[Yvan_Delaserge]

http://forums.futura-sciences.com/at...1&d=1379004972

Pour une raison que je n'arrive pas encore à expliquer, la saturation n'apparaît pas à chaque alternance. Elle va et vient au rythme de la différence de fréquence entre le ripple à 100 Hz et la fréquence de hachage.
Le flux walking signifierait que la valeur du flux se déplace progressivement d'un côté, jusqu'à la saturation complète et y reste. Enfin, moi j'ai compris ça comme ça. Je ne crois pas que l'on soit face à du flux walking.

Est-ce que l'on arrive à simuler la saturation du noyau avec SPICE? Tropique disait que c'était possible.

Sur la photo, j'ai souligné en rouge le niveau 0 de l'intensité.
Lors d'un créneau sans saturation, le courant passe abruptement du positif au négatif à la fin du créneau(2). Négatif de la même valeur que le courant positif à la fin du créneau (1).
Et lors d'un créneau au cours duquel il apparaît de la saturation(5) c'est pareil (3 et 4). Il y a autant en haut qu'en bas.
Et ce courant négatif, c'est l'inductance de fuite qui se décharge vers le condensateur de filtrage, via les diodes body.

Enfin, moi, je vois ça comme ça, mais je serais ravi de considérer une autre explication.

Sur l'oscillogramme présenté, on voit que le courant en cas de saturation est 5,5 fois plus élevé qu si la saturation n'apparaît pas.
Si je prends comme valeur du courant hors saturation 1,4 A (c'est que m'indiquait l'ampèremètre en série avec l'alim) 1,4 x 5,5 = 7,7 A. On est donc très près du courant maximum autorisé par les MOSFET. C'est peut-être ce qui explique qu'ils aient résisté.

Je continue à réfléchir au truc, en réalisant combien je suis passé près de l'explosion

Amicalement,

Yvan

[Yvan_Delaserge]

http://forums.futura-sciences.com/at...1&d=1379007053

Et voici l'allure du ripple sur le voltage de l'alim. C'est la trace du haut.
La trace du bas est le créneau récupéré sur la spire secondaire de mesure.

La capa de filtrage du 300 V est de 470 uF.
L'amplitude du ripple est faible: 500 mV, comme on pouvait s'y attendre, sachant que le courant moyen est d'environ 1, 4 A.

Par contre, sa forme d'onde n'est pas typique. Elle est bien sûr influencée par le hachage qui se situe à une fréquence très voisine de 100 Hz.

Ce que je ne comprends pas, c'est comment il est possible qu'une différence de voltage si faible d'un créneau à l'autre puisse provoquer une saturation si nette lors de certains créneaux et pas d'autres.

Bon, que l'on arrive ou non à reproduire ce phénomène étrange et pénétrant dans SPICE, on va essayer d'avancer!

Prochaine étape: scinder le primaire en deux et hacher en commençant à 800 Hz et augmenter avec précaution la tension d'alim.

Amicalement,

Yvan

[Biname]

http://forums.futura-sciences.com/at...1&d=1379004972

Pour une raison que je n'arrive pas encore à expliquer, la saturation n'apparaît pas à chaque alternance. Elle va et vient au rythme de la différence de fréquence entre le ripple à 100 Hz et la fréquence de hachage.
Le flux walking signifierait que la valeur du flux se déplace progressivement d'un côté, jusqu'à la saturation complète et y reste. Enfin, moi j'ai compris ça comme ça. Je ne crois pas que l'on soit face à du flux walking.

Est-ce que l'on arrive à simuler la saturation du noyau avec SPICE? Tropique disait que c'était possible.

Ca doit être possible mais il faudrait introduire les caractéristiques géométriques du noyau et sélectionner un matériau ??? Il est plus simple de comprendre que la saturation apparaît toujours pour un courant donné pour un noyau et un primaire donné, ici vers ?2A? ... confirme ces 2A ainsi que les caractéristique du primaire (scindé ou non, non scindé je pense). Si la saturation apparaît dès 2A, je me demande si le primaire n'a pas chauffé ????

Sur la photo, j'ai souligné en rouge le niveau 0 de l'intensité.
Lors d'un créneau sans saturation, le courant passe abruptement du positif au négatif à la fin du créneau(2). Négatif de la même valeur que le courant positif à la fin du créneau (1).
Et lors d'un créneau au cours duquel il apparaît de la saturation(5) c'est pareil (3 et 4). Il y a autant en haut qu'en bas.
Et ce courant négatif, c'est l'inductance de fuite qui se décharge vers le condensateur de filtrage, via les diodes body.

Enfin, moi, je vois ça comme ça, mais je serais ravi de considérer une autre explication.

L'analyse est bonne sauf que ce n'est pas l'inductance de fuite seule mais tout le primaire qui devient un générateur lorsque le pont s'ouvre, le primaire débutant par produire exactement le même courant et la tension nécessaire pour le faire circuler ce courant de signe inverse, dans le bobine le courant ne change pas de signe. Bobine en l'air si le courant baisse, l'énergie contenue dans la bobine baisse, tant qu'il n'y a pas de chemin pour le courant la tension monte et la tension monte instantanément. Maintenant, il faut le comprendre ...
Voir le modèle du message 237 et faire varier R1
http://forums.futura-sciences.com/at...uxsend.asc.txt

Sur l'oscillogramme présenté, on voit que le courant en cas de saturation est 5,5 fois plus élevé qu si la saturation n'apparaît pas.
Si je prends comme valeur du courant hors saturation 1,4 A (c'est que m'indiquait l'ampèremètre en série avec l'alim) 1,4 x 5,5 = 7,7 A. On est donc très près du courant maximum autorisé par les MOSFET. C'est peut-être ce qui explique qu'ils aient résisté.

Le mosfet admet 8A moyen 100% du temps, il doit accepter des pics de courant d'au moins 20A?? - voir son pdf -, ici à vue de nez, le courant moyen est de moins de 2A ???

Je continue à réfléchir au truc, en réalisant combien je suis passé près de l'explosion

Un circuit commutant les ponts dés que le courant dépasse une certaine valeur serait assez simple à réaliser en remplacement du ??4048??
- une résistance 0.2 ohms entre les sources des mosfet et la masse, un comparateur LM311 avec trigger et une bascule CD4013/HC4074
- une résistance sur chaque source et deux NPN ???
- ces mêmes résistances sur des triggers ??CD4069?? il y a des 4 nand trigger ???

[Yvan_Delaserge]

Ca doit être possible mais il faudrait introduire les caractéristiques géométriques du noyau et sélectionner un matériau ??? Il est plus simple de comprendre que la saturation apparaît toujours pour un courant donné pour un noyau et un primaire donné, ici vers ?2A? ... confirme ces 2A ainsi que les caractéristique du primaire (scindé ou non, non scindé je pense). Si la saturation apparaît dès 2A, je me demande si le primaire n'a pas chauffé ????

Non, je n'ai pas encore scindé le primaire et la valeur moyenne du courant d'alim (mesurée à l'ampèremètre)est à environ 1,4 A. Pas de quoi faire chauffer le primaire. Je n'ai pas constaté d'échauffement au niveau du transfo ni des MOSFET. Il n'y a que la boucle en court-circuit du secondaire qui chauffe. Et fort! Je ne peux pas laisser le hacheur en route plus de quelques secondes.

L'analyse est bonne sauf que ce n'est pas l'inductance de fuite seule mais tout le primaire qui devient un générateur lorsque le pont s'ouvre, le primaire débutant par produire exactement le même courant et la tension nécessaire pour le faire circuler ce courant de signe inverse, dans le bobine le courant ne change pas de signe.

Oui, bien sûr, ce sont les MOSFET qui commutent.

Le mosfet admet 8A moyen 100% du temps, il doit accepter des pics de courant d'au moins 20A?? - voir son pdf -, ici à vue de nez, le courant moyen est de moins de 2A ???

Tu as raison! C'est même mieux que ça pour les IRF 840!
Pulsed Drain Current IDM 32 A
Pulse Test: Pulse width≤300μs, duty cycle ≤2%.

Le duty cycle est de 25% environ. L'impulsion de courant dure 10 ms dans notre cas, mais elle est bien en-dessous de 32 A!

[Biname]

Message #275, il semble que la saturation débute à 2 ampères, c'est très peu. Ces 2 ampères sont une limite liée au primaire, on aurait la même limite en 50 Hz 220V soit moins de 400W, le microonde nécessite 1200W, il y aurait donc un problème quelque part ?

[Tropique]

Message #275, il semble que la saturation débute à 2 ampères, c'est très peu. Ces 2 ampères sont une limite liée au primaire, on aurait la même limite en 50 Hz 220V soit moins de 400W, le microonde nécessite 1200W, il y aurait donc un problème quelque part ?

Une piste: la seule composante du courant primaire intervenant dans la saturation est le courant magnétisant.

J'ai dit plus haut que la seule méthode viable d'évaluer ou de prévoir la saturation est basée sur le produit V*s subi par le noyau. Ce n'est pas par hasard....

[Biname]

Une piste: la seule composante du courant primaire intervenant dans la saturation est le courant magnétisant.

J'ai dit plus haut que la seule méthode viable d'évaluer ou de prévoir la saturation est basée sur le produit V*s subi par le noyau. Ce n'est pas par hasard....

Le primaire étant celui du microonde, est-il normal que ce noyau sature dès 2A dans le test d'Yvan, alors que dans le microonde il acceptait 8A au moins en crête ?


V * s = le produit de la tension fois la section du noyau ? 300 * 0.08 * 0.03 = 0.720 V.m² dont on fait quoi ? Par spire : 0.720/220 = 0.0327 V.m²/tour à comparer avec les caractéristiques du noyau ?

[invite01fb7c33]

Pour reprendre les raisonnements sur la saturation que j'ai vu défilés dans les posts précédents, quelques remarques:
Le champ créer par le courant au primaire est compenser par le champ créer par le courant au secondaire, donc normalement en charge c'est pas facile d'arriver à la saturation. Maintenant il ne faut pas oublier qu'il y a deux façon de faire monter le courant.
Si l'on monte le courant au primaire en montant la tension, la tension monte également au secondaire, ce qui permet d'accroitre le courant du secondaire et de compenser le champ. Ce qui veut dire aussi que l'on peut passer des surcharge très importantes dans un transformateur (En thermique ça fini mal)
Si l'on monte le courant en augmentant le temps de conduction au primaire (sans changer la tension) il arrive forcément un moment ou la tension secondaire ne permet plus d'augmenter le courant, et là forcément plus de compensation et on part en saturation.

Il faut donc considérer la fem (a vide) au secondaire (pour une tension primaire donnée) et les résistances des bobinages (primaire et secondaire) ainsi que la résistance de charge. Ceci permet de savoir à quel moment le courant ne peut plus suivre au secondaire et donc prévoir a partir de quand on risque de partir en saturation.

[Tropique]

La saturation provient de la tension vue par l'inductance magnétisante primaire, et varie normalement très peu selon que l'on soit en charge ou pas: seules les chutes de tension aux bornes de la résistance cuivre et l'inductance de fuite au primaire sont en cause, et dans un transfo de forte puissance ces chutes doivent rester faibles, sinon cela signifie qu'on pousse le transfo à bout.

[invite01fb7c33]

L'approche par le produit V*s est la meilleure, mais il faut le préciser pour une fréquence donnée.
L'analyse par les courants, c'est pour mieux "palper" physiquement le phénomène.

[Tropique]

Dès que le transfo est chargé, le courant primaire est composé d'autre chose que le courant magnétisant, et il devient difficile de démêler les composantes, surtout quand la charge est complexe, résistive/inductive.
A vide, c'est très clair comme l'oscillogramme que j'ai posté plus haut le montre.

[Biname]

Non ! C'est l'intensité du flux qui amène la saturation, au delà d'un certain niveau de flux magnétique, commence la saturation. Ce flux saturant est lié à l'induction saturante Bsat qui dépend du matériau et Bsat est liée au champ magnétique induit par l'enroulement, ce champ magnétique est directement proportionnel au courant circulant dans la bobine, la tension n'intervient pas. Un courant infini induit un champ magnétique infini qui induit une induction magnétique infinie qui induit un flux magnétique infini.

http://ressources.univ-lemans.fr/Acc.../transfo2.html

Allez aussi voir domaines de Weiss
http://fr.wikipedia.org/wiki/Domaine_de_Weiss

Après vous pourrez aller lire ceci
http://www.*********************/ele...que-definition

[invite01fb7c33]

Qui a dit le contraire?

[Biname]

Mouillez-vous :

Message #275 d'Yvan sur la trace d'oscilloscope :
Le transfo a gardé son primaire de four à microonde

1) en 3 et 4, s'agit-il de saturation ?
2) à partir de quelle valeur du courant constate-t-on la saturation ?
3) moi, je lis 2A. Est-il normal que ce transfo sature dès 2A ?

1) je réponds oui
2) je réponds 2A
3) je réponds non

http://forums.futura-sciences.com/at...e-sat_expl.gif

[invite01fb7c33]

La question n' a pas de sens si l'on indique pas la durée du cycle de conduction et charge de sortie.

[Biname]

La question n' a pas de sens si l'on indique pas la durée du cycle de conduction et charge de sortie.

Le hachage se fait à 100 Hz donc des temps de conduction de 5 ms par branche du pont en H, la charge au secondaire est une inductance de 1.65 µH en série avec une résistance de 0.0022 ohms, le rapport de transformation est de 220, la tension hachée est de 300V.

[Yvan_Delaserge]

Voici le montage que j'utilise pour les mesures de la tension et du courant d'alim:

http://forums.futura-sciences.com/at...1&d=1379251836

Il correspond au schéma suivant:

http://forums.futura-sciences.com/at...1&d=1379251863

Comme l'alim n'est pas connectée directement au secteur, mais par l'intermédiaire d'un gros transfo d'isolation, la masse de l'oscillo peut être placée en un point quelconque du montage. Avec ce branchement, la tension d'alim va être inversée, mais un commutateur sur l'oscillo permet de remettre la trace dans le bon sens.

http://forums.futura-sciences.com/at...1&d=1379251898

Par contre, le courant va être dans le bon sens. On va assigner la trace du haut au courant et celle du bas à la tension.

http://forums.futura-sciences.com/at...1&d=1379251932


On voit que la fréquence de hachage et celle du ripple sont voisines, mais légèrement différentes. La synchronisation de l'oscillo est réglée sur celle du réseau électrique, ce qui explique que la phase du ripple (trace du bas) ne varie pas sur les 4 images. La phase du hachage varie, elle. Et on voit que les formes d'onde changent de manière importante selon la relation de phase entre le ripple de la tension d'alim et la fréquence de hachage.
On reconnaît sur la trace du bas, la forme d'onde habituelle du ripple. On voit que son amplitude est d'une vingtaine de volts (6% de la tension d'alim) sur l'image de gauche, lorsque l'intensité est la plus basse et d'une quarantaine (13% d ela tension d'alim) lorsque les pointes de surintensité sont les plus fortes. Naturellement, si une forte intensité circule, la tension chute au même moment.
Les plus fortes (ou plus faibles) surintensités n'apparaissent pas lorsque les commutations ont lieu lors des minimums ni lors des maximums de tension d'alim. Les plus fortes surintensités apparaissent pour une relation de phase bien précise (image 3).

On a l'impression que c'est l'intensité qui commande et la tension qui suit. Mais pourtant, les surintensités surviennent en un point précis de la courbe du ripple de tension...

Bizarre autant qu'étrange...

Amicalement,

Yvan

[Yvan_Delaserge]

Comme déjà précisé, le phénomène des surintensités ne survient que lorsque la fréquence de hachage est très voisine de 100 Hz (la fréquence du ripple).
Si l'on hache à 96 Hz (c'est la fréquence la plus basse que j'arrive à atteindre avec l'oscillateur à 4047), le phénomène disparaît complètement!

http://forums.futura-sciences.com/at...1&d=1379253279

Pourrait-il s'agir d'un phénomène de résonance? par exemple entre le condensateur de filtrage et le primaire du transfo?
Mais si c'était le cas,Il aurait dû disparaître en ajoutant l'enroulement supplémentaire de 17 spires en phase ou en antiphase. Et ce n'était pas le cas.

Mystère et boules de gomme...

Amicalement,

Yvan

[Biname]

Il est très amusant ton jouet !

Me trompe-je si je dis que le courant dans R 1 ohm est de moins de 200 mA au maximum ?

Sur la trace du bas, on ne voit pas le zéro, quelle est l'amplitude de la variation de tension d'alimentation ?
Il semble que la tension d'alimentation tombe très bas ?

Résonance ? Pourquoi pas ?

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Tous ces fils et ces boucles qui se croisent sous un ampère voire plus doivent être la source de couplages pas toujours négligeables, je pense à la boucle des sondes d'oscilloscope. Mais je ne crois pas que ce soit la cause du 'phénomène' de fond qui est trop net !

[Tropique]

Mystère et boules de gomme...

C'est assez élémentaire: quand ripple et découpe sont synchrones, le pont agit comme un redresseur synchrone. Par exemple, s'ils sont en phase, l'enroulement va voir une tension moyenne de 310V dans le sens a-b, puis une tension moyenne de 270V dans le sens b-a, et le résultat net sera une magnétisation qui augmentera cycle après cycle jusqu'à causer la saturation.

[Biname]

C'est assez élémentaire: quand ripple et découpe sont synchrones, le pont agit comme un redresseur synchrone. Par exemple, s'ils sont en phase, l'enroulement va voir une tension moyenne de 310V dans le sens a-b, puis une tension moyenne de 270V dans le sens b-a, et le résultat net sera une magnétisation qui augmentera cycle après cycle jusqu'à causer la saturation.

C'est, il me semble, la bonne explication. Il s'agit donc de flux walking ?

Il y a toujours pour moi, cette saturation à faible courant qui ne colle pas ? Mais le courant est-il vraiment aussi faible que je le vois ?

[Biname]

C'est assez élémentaire: quand ripple et découpe sont synchrones, le pont agit comme un redresseur synchrone. Par exemple, s'ils sont en phase, l'enroulement va voir une tension moyenne de 310V dans le sens a-b, puis une tension moyenne de 270V dans le sens b-a, et le résultat net sera une magnétisation qui augmentera cycle après cycle jusqu'à causer la saturation.

LTSpice le voit/simule à 100 Hz sur 5 secondes c'est visible
FluxWalking100Hz.jpg

C'est encore beaucoup plus rapide et fort à 50 Hz
FluxWalking50Hz.jpg

Un magnifique exemple de flux walking et sa cause ! Quelle chance on a ! De cas d'école en cas d'école.

En vert le courant dans le primaire
En bleu le ripple d'alim
En rouge le courant d'alim = ton R

[Yvan_Delaserge]

Bon sang, mais c'est bien sûr!!!

C'EST du flux walking! L'asymétrie vient du ripple!

Encore une fois Tropique nous a fourni l'explication en quelques mots. Simple et de bon goût!

Tropique, laisse-moi encore une fois te le dire: Tu es comme nous, juste mieux!


Amicalement,

Yvan

[Yvan_Delaserge]

Il est très amusant ton jouet !

Me trompe-je si je dis que le courant dans R 1 ohm est de moins de 200 mA au maximum ?

Sur la trace du bas, on ne voit pas le zéro, quelle est l'amplitude de la variation de tension d'alimentation ?
Il semble que la tension d'alimentation tombe très bas ?

Le canal du haut est couplé en DC, celui du bas en AC pour pouvoir zoomer au mieux sur le ripple. Echelle du haut: une division = 1 A. Echelle du bas: 1 division = 20 V.

Amicalement,

Yvan

[Yvan_Delaserge]

Salut tout le monde,

Comme prévu, j'ai scindé le primaire du transfo en deux et comme prévu aussi, les deux moitiés ne sont pas strictement égales.

J'ai envoyé du créneau 500 Hz aux deux demi-primaires et j'ai mesuré le courant à vide ainsi que la tension à un secondaire monospire non chargé.

En alimentant un des primaires, le courant est de 193 mA et la tension au secondaire de 2,5 V
En alimentant l'autre primaire, le courant est de 275 mA et la tension au secondaire de 2,9 V.

Je vais faire maintenant une série de mesures avec chaque primaire séparément et voir quel est le courant à vide à différentes fréquences de hachage, tout en surveillant l'apparition d'éventuelles surtensions, les courants d'alimentation et:
les échauffements:
1) du noyau
2) du primaire
3) des MOSFET

Après, l'idée est de connecter les deux primaires en parallèle.
Sachant qu'ils ne possèdent pas le même nombre se spires, comment le courant va-t-il se répartir dans chacun d'eux. Spice pourra probablement le prédire. A quoi faut-il s'attendre: A la moyenne entre 193 et 275 mA? 234 mA?

On a l'habitude de raisonner en spires par volt. Mais avec les deux primaires en parallèle, comme ils seront soumis au même nombre de volts, mais ont un nombre de spires différent, que devient le rapport spires/volt? La moyenne des deux?
Pour le premier primaire 2,5 V par spire. Comme le primaire reçoit du 300 V, il aurait donc 300/2,5 = 120 spires.
Pour l'autre primaire, 2,9 V. 300V/ 2,9 = 103 spires.

Au boulot pour les nouvelles mesures!

Amicalement,

Yvan

[Tropique]

Après, l'idée est de connecter les deux primaires en parallèle.
Sachant qu'ils ne possèdent pas le même nombre se spires, comment le courant va-t-il se répartir dans chacun d'eux. Spice pourra probablement le prédire. A quoi faut-il s'attendre: A la moyenne entre 193 et 275 mA? 234 mA?

Il faut impérativement égaliser les nombres de spires au tour près, sinon ça va fumer: il n'y aura pas de répartition, le résultat sera équivalent à la différence du nombre de spires mises en court-circuit, et à ce niveau de puissance, une seule est déjà suffisante pour faire des dégâts.