Comment filtrer les parasites à la sortie d'un convertisseur DC-DC ?

[Montd'est]

Bonjour,

J'ai réalisé un convertisseur à découpage qui délivre 12 Vcc, mais j'ai besoin de filtrer le plus proprement possible la tension de sortie et je n'y arrive pas.

Voici le genre de filtre que j'ai monté sur la sortie continue:
filtre.JPG

J'ai tenté plusieurs valeurs de bobines (plutôt élevée genre 220 µH ou plus) et de condensateurs chimiques ( plutôt élevés aussi 1000 µF ou plus de type low E.S.R.)
J'ai aussi accompagné les condo chimiques de condo céramiques 100 nF ou 330 nF, j'ai pris soin de réaliser des liaisons aussi courtes que possible...

Mes résultats ne sont pas à la hauteur de mes espérances, je précise que je ne suis pas fort en calculs ( fonctions de transfert, réjection... )

Voici ce que j'obtiens sur l'oscilloscope à la sortie du convertisseur qui hache à 100 kHz :
Il est réglé en mode AC sur 100mV/div de manière à pouvoir observer la composante alternative résiduelle:


DSCN1944 redui.jpg

Je voudrais pouvoir éliminer ou du moins réduire les pics restants, jaimerais qu'ils soient limités à + et - 50 mV par rapport à la valeur de composante continue.


Voici ce qu'on voit en zoomant sur le pic le plus élevé, la fréquence qu'on mesure sur les transitoire est pour l'instant à 78 Mhz ça peut tomber à 35 MHz selon les valeurs de comosants de ma tentative de filtre.
DSCN1947 redui.jpg


Merci de m'avoir lu, bonne rentrée.
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[Antoane]

Bonjour,
Un photo de la carte, avec la sonde de l'oscillo à poste ?
Un schéma du convertisseur complet ?
Tu testes à vide ? essaye en charge.

Avec 10µH+100µF (Low ESR) tu devrais avoir du bruit bien atténué...

[Aroll]

Bonjour.

Utiliser des bobines dont les spires sont bien espacées, pour éviter un "effet condensateur" entre chaque spire?

Amicalement, Alain

[erff]

Bonjour

Quelques questions:
* Quel courant est commuté?
* Quel est le temps de commutation ?
* Quelle topologie pour le convertisseur ?

Quelques causes possibles (non exhaustif) :
* La façon dont tu prends la mesure a une grosse influence. Ce que tu mesures peut tout aussi bien être le résultat d'un parasitage à cause des commutations du transistor (perturbations par couplage inductif sur la boucle formée par la sonde et son câble de masse).
* Il faut aussi savoir que ta self 220µH ressemble probablement + à un condensateur qu'à une self dans la gamme de plusieurs MHz ... peux-tu donner une mesure d'impédance versus fréquence ?

Une solution pour ne pas observer ces parasites c'est de ralentir volontairement les commutations du transistor (augmenter la résistance de grille par exemple) mais tu vas le payer en augmentant les pertes. Si tu ne l'as pas fait, il faut utiliser des diodes à faible charge recouvrée (si tu utilises une diode dans ton convertisseur), ça va limiter les di/dt.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Montd'est]

@ antoane & erff

Je travaille avec un montage "en l'air", ce serait pas beau à voir, l'oscillo est branché sans sonde pour éviter d'atténuer les parasites et d'avoir des idées fausses. Même en tenant le câble en l'air, "loin de tout" pour éviter les inductions, je vois les parasites.

C'est un buck synchrone 40 V vers 12 Vcc, je teste toujours charge les effets du filtre: 50 ou 100 W, le conv est constitué de 2 transistors mosfet IRF3205:
http://www.irf.com/product-info/data...ta/irf3205.pdf
Ils sont commandés par un driver IR2110, j'ai choisi des résistances de grilles de 1.8 ohm, je suis déjà monté à 4.7 ohm, c'est un peu plus propre, mais ça fait un crash au niveau du rendement, parfois je teste aussi sans résistance pour commuter plus vite mais ça change pas grand chose pour les parasites.
J'ai tenté 30 omh: commutations trop lente ( cross-conduction ? ) >>, sur-intensité en entrée (côté 40 V) , env 16 A, >> Destrusction des mosfet...

J'ai un temps mort entre les 2 mosfet, je peux jouer dessus, je teste entre 200ns et 1 µs.


On tire donc 4.16 ou 8,32 A en sortie,
Le temps de commutation du convertisseur ?

Ma bobine principale du hacheur est "fermé" , connais pas le nom de la forme des ferrites, mais ça ressemble à du EE.

"mesure d'impédance versus fréquence ?" >> C'est compliqué pour moi vu mon matos.


@ Aroll

"Utiliser des bobines dont les spires sont bien espacées, pour éviter un "effet condensateur" entre chaque spire?"

Très intéressant j'esserai... effectivement mes spires sont jointes.

[bobflux]

> Je travaille avec un montage "en l'air", ce serait pas beau à voir

C'est mort pour les mesures, ce genre de montage "en l'air" fait un gros émetteur large bande, n'importe quoi à proximité va capter les parasites à fond.
Il faut un layout au poil, sinon point de salut... on peut t'y aider d'ailleurs...

En sortie, "ça dépend", une ferrite et des capas ça fait un filtre potable...

> IRF3205

Si il s'agit de convertir du 40V en 12V dans les environs de 10A, depuis ton MOS des années 1990, il y a eu quelques progrès, en 20s sur digikey j'en trouve un à peu près 5x plus rapide, sans aller dans les technos exotiques...

http://www.digikey.com/product-detai...GCT-ND/3196587

bref, envoie les détails...

[erff]

+1 avec les remarques de bobfuck : si on veut commuter vite, il faut un layout adapté: c'est primordial

* De plus, une source du pb est que tu as un temps mort élévé (ce n'est pas forcément mauvais) et que donc, la diode inverse d'un des MOS va participer aux commutations (le temps que le MOS soit amorcé après le temps mort) ... l'ennui c'est que la diode du IRF3205 est une mauvaise diode, sa charge recouvrée inverse est d'environ 200nC... donc ton autre MOS se tape des pics de courants plus important; pics que tu vas retrouver en sortie car ils sont suffisamment raids pour passer par les éléments parasites de ton filtre de tension de sortie.
--> Essaye dans un premier temps de remplacer ton MOS synchrone par une diode Schottky rapide, et regarde si tu as toujours les parasites ... je pense que ça devrait améliorer la qualité de la forme d'onde en sortie.

* Rq 2 : Un aspect important pour les effets capacitifs de ta self de lissage, c'est le nombre de couches de bobinage: si tu as plus d'une couche, tu vas augmenter la capa parasite de façon dramatique. Si c'est toi qui bobine ta self, il faut que
- soit tu arrives à ne faire qu'une seule couche
- soit tu fais plusieurs couches, avec une technique de bobinage adaptée (mettre bcp d'isolants entre les couches par exemple...).

.*Et aussi
Comme précisé précédemment,
-l'utilisation de noyaux en ferrite aideront à tuer les composantes HF du courant qui auraient réussi à passer par la capa parasite de la self...
- utiliser des capas de sortie à faible ESR et faible ESL

[bobflux]

plusieurs couches ? pour une inductance de 20 µH ?

[erff]

C'est 220 µH si j'ai bien suivi

[inoxxam]

l'oscillo est branché sans sonde pour éviter d'atténuer les parasites et d'avoir des idées fausses.

Je vois pas pourquoi une sonde atténuerait spécialement les parasites. En plus de ça, on utilise spécialement une sonde pour diminuer l'influence de l'oscilloscope sur le montage.

[Montd'est]

Pardonne moi bobfuck, mais je ne vois pas en quoi les mosfets que tu proposes http://www.digikey.com/product-detai...GCT-ND/3196587 sont meilleurs.
Le premier truc qui me saute aux yeux c'est un C.imput à 4900 pF, donc plus élevé que ceux des IRF3205, c'est un coup à faire augmenter les pertes de commutations.

Certes mon montage est en "l'air" mais avec des liaisons très courtes et des sections de métal sérieuses, pourquoi une plaque d'essai ferait-elle mieux ?
Je pense pas vraiment avoir de pb d'agencement, mes commandes de grilles sont propre je trouve, si c'était si à blâmer que ça, je ne pense pas que je taperais à 94 % env. de rendement @ 50 W, même si on doit pouvoir gratter 1 ou 2 % de plus.

Je n'ai pas encore essayé de remplacer le MOS synchrone par une diode, mais j'ai raccordé une diode D83-004 en // du D-S du mos synchrone (en l'enlevant je perds 1 % de rendement environ), mais ça ne change pratiquement rien au niveau des parasites.

J'ai essayé 1 seule couche de fil sur les bobines à noyau ferrite toriques: j'ai une très légère amélioration, je vais tenter de bobiner une valeur plus élevée avec des spires espacées d'1 mm.

[Montd'est]

@inoxxam

C'est bien connu qu'une sonde peut déformer les signaux.

"on utilise spécialement une sonde pour diminuer l'influence de l'oscilloscope sur le montage."
Je suis pas du tout d'accord avec ça;

Pour moi les sondes ça s'emploi quand on ne peut pas faire entrer le signal directement sans l'oscillo pour plusieurs raisons:

- tension trop élevée dangereuse pour l'oscillo
- tension trop élevée trop grande pour s'afficher en entier sur l'écran.
- Eviter de connecter ensemble la phase ou le neutre du secteur directement sur la masse de l'oscillo reliée elle même à la terre...
- Eviter de relier à cause de la mesure, la masse de l'oscillo à un point du montage.

[Montd'est]

Re, et merci pour ces premières réponses,

Pour être un peu plus précis, j'ai fait une capture de la tension de sortie (composante alternative seule comme toujours) synchronisé avec le signal de commande du transistor "High side".

On s'aperçoit que c'est précisément à l'instant où il se met sur "on" que le pire des parasites apparait, phénomène qui se produit très peu quand celui du bas, redresseur synchrone, se met à son tour sur "on".



NE pas prendre en comte le " 2 V / div" pour la grille, là j'ai une sonde sur CH1 , en réalité c'est du 0 -15 V sur la grille.

[Tropique]

Une photo du montage serait utile.
Il y a probablement dans le problème une composante de conversion mode commun vers différentiel.

Un test simple est de mettre masse et pointe de la sonde (en court-circuit donc) sur la masse du montage et d'observer l'écart par rapport à une mesure sur la sortie

[bobflux]

> je ne vois pas en quoi les mosfets que tu proposes sont meilleurs.

Total Gate Charge
IRF3205 Qg = 146nC, l'autre MOS Qg = 29 nC
Donc, environ 5x plus rapide pour des caractéristiques similaires.

> Le premier truc qui me saute aux yeux c'est un C.imput à 4900 pF

Les capacités varient beaucoup en fonction des tensions et Cds joue beaucoup plus que Cgs à cause de l'effet Miller. En fait, les capacités ne veulent pas dire grand chose. Le paramètre qui compte est Qg, c'est-à-dire la quantité de charge qu'il va falloir injecter dans le MOS pour le saturer proprement. On prend i=dq/dt, donc le temps de commutation est (très approximativement) Qg/Idrive...

> Certes mon montage est en "l'air" mais avec des liaisons très courtes

Oui, c'est pourquoi il faut une photo !!! Désolé de te brusquer, mais les gens capable de câbler ce genre de truc "en l'air proprement" sont rares, donc sans avoir plus d'informations, tu es présumé avoir fait un câblage pourri si ce n'est pas le cas, alors, respect.

> C'est bien connu qu'une sonde peut déformer les signaux.

Oui, par exemple, utiliser le fil de masse de 10cm = mesure inutilisable.
Je présume que tu as terminé proprement tes câbles en 50 ohm, que la masse des 2 coax est prise au même endroit, et que les 2 coax sont torsadés ? Essaie la mesure avec un seul coax, et mesure aussi avec un seul coax, en court-circuit, normalement tu devrais avoir une trace plate.

Ta valeur d'inductance me paraît élevée. Par exemple :

Vin = 40V
Vout = 12V
Freq = 100k, Ton=3µs, Toff=7µs
Courant dans l'inductance : moyenne 10A
Pour une ondulation de courant de 3A pk-pk on obtient une inductance de 28 µH.

Choisir une inductance plus élevée implique de vouloir réduire le courant d'ondulation. Avec 220µH, l'ondulation sera de 380mA pk-pk. À moins qu'on veuille optimiser le convertisseur pour continuer à fonctionner en mode continu à des courants de sortie très faibles, ça me semble un choix assez étrange.

On a un compromis : une fréquence plus élevée implique une inductance plus petite (donc moins de pertes dedans), mais plus de pertes par commutation, et plus de pertes de conduction dans les MOS si on en prend des plus rapides donc moins bonne RdsON. Mais une inductance plus petite aura moins de capacité parasite de fuites magnétiques. Donc on peut très bien émettre moins de bruit en augmentant la fréquence (ou pas).

Puisque le MOS du bas ne conduit que 30% du temps tu pourrais aussi utiliser un MOS plus costaud en bas et un plus rapide en haut.

Bref. Sur ton oscillograme il y a 2 choses qui me tarabustent :

1) Le gros parasite ne se produit que sur un des deux flancs.

2) Au lieu d'un pic on a une oscillation amortie, que tu estimes entre 30 et 70 MHz. Ça veut dire qu'il y a un RLC qui résonne quelque part, et qu'il y a quelque chose qui l'excite.

Donc :

* Quel est le RLC qui résonne ?

hypothèses :
- résonance propre de l'inductance
Ce fait que le pic ne se produise que sur un des deux flancs me fait douter

- L=(la boucle capa d'entrée - MOS du haut - capa de sortie) ; C=l'inductance et/ou une capa de découplage céramique
C'est une possibilité, si la capa de découplage céramique d'entrée est trop loin, ou les fils trop longs. Il faut une photo.

* Qu'est-ce qui l'excite ?

Ce n'est pas le recovery de la diode du MOS du bas puisqu'ajouter une schottky ne change rien.
Ça peut être simplement la commutation du MOS du haut.
Mesurer le courant dans l'entrée (ou dans la masse) permettrait d'écarter une conduction simultanée des 2 MOS. Si l'impédance dans la grille du MOS du bas est trop élevée, l'effet miller à la commutation du MOS du haut peut lui tirer la grille et le faire conduire.

[invite03481543]

Bonjour, pour répondre à tes questions il faudrait connaitre la topologie que tu emploies, et également connaitre ta boucle de régulation; un tel filtre ne sera efficace que si il est bien calculé et que la boucle de réponse soit adapté. A 100KHz il y a fort à parier que sur une maquette "filaire" ton problème soit de nature a favoriser ce qu'explique Tropique.

[Antoane]

Bonjour,
Juste pour revenir sur ce qui a été dit plus haut :

C'est bien connu qu'une sonde peut déformer les signaux.

Certes, mais le but premier d'une sonde, c'est de moins déformer les signaux qu'en utilisant directement l'entrée (1Meg//20pF) de l'oscillo :
- en présentant une impédance purement résistive (u et i en phase) ;
- en présentant une impédance dc >>1Meg (classiquement 10M).

Souder directement un morceau de coax sur un montage est valable, à condition de rajouter les résistances de 50ohm qui vont bien et que la tension à mesurer soit sous très basse impédance, car ton appareil à une impédance d'entrée de 100ohm... (cf le post de Bob).
Et sans les résistances de 50oh idoines, ton appareil a une impédance d'entrée très capacitive (>100pF).

Pour moi les sondes ça s'emploi quand on ne peut pas faire entrer le signal directement sans l'oscillo pour plusieurs raisons:
- tension trop élevée dangereuse pour l'oscillo

Avec une sonde haute-tension oui, mais les sondes standard ne sont pas HT. ex : http://www.tek.com/passive-probe. On est dans les mêmes gammes de tensions que l'entrée d'un oscillo.

- Eviter de connecter ensemble la phase ou le neutre du secteur directement sur la masse de l'oscillo reliée elle même à la terre...
- Eviter de relier à cause de la mesure, la masse de l'oscillo à un point du montage.

Les sondes standards n'ont pas de masse isolée.
Les sondes différentielles permettent des mesures... différentielles, mais il s'agit d'instruments relativement rares (comprendre : on n'en trouve pas chez l'amateur) et chers.

[Montd'est]

Je reviens pour remercier toute les personnes qui ont cherché à m'aider:

J'ai changé ma manière de brancher l'oscilloscope pour visualiser la tension et après ça il se trouve qu'on s'aperçoit que les parasites sont bien moins présents:

Je faisais mes mesures avec une "sonde" 1X quand je vous avais exposé mon problème: elle a bien un câble blindé mais sur ses 3-4 derniers centimètres juste avant le grip-fil il n'y a qu'un morceau de plastique sans blindage.

Je me suis débrouillé avec autre chose pour que le blindage entoure le plus loin possible le conducteur de la voie de mesure et à ce compte là j'ai observé une tension bien plus épurée ( pas de pic dépassant les 30 mV).

[Tchyco]

Découper très vite génère des pics et des variations ultra rapides de la tension et du
courant, et tu peut consulter ce document pour plus d'information. Bon courage!

[DAUDET78]

Bon courage!

Ca fait un an qu'il a résolu son problème ...... 13/09/2013

[Montd'est]

Merci quand même Tchyco mais tu as oublié le lien... Ca m'intéresserai de le voir.