Driver de MOSFET qui crame

[GIPdA]

Hello,

Pour me présenter rapidement, je suis étudiant en Master Systèmes Embarqués (électronique quoi ), et j'ai un bon niveau en électronique & programmation (c'est un peu ma formation en même temps...).

Je travaille sur un projet perso, un contrôleur de moteur brushless. J'ai réalisé l'étage de puissance (voir pièces jointes) mais je rencontre un problème que je ne parviens pas à comprendre : les drivers des MOS (des FAN7842) crament les uns après les autres.
Le montage est on ne peut plus classique, et je ne comprend pas pourquoi mes drivers rendent l'âme. Il y a des résistances de 1k entre G et S sur le montage (qui ne sont pas sur le schéma), soudés sur les MOS directement.
Les circuits de "sense" (avec la zéner, en bas du schéma) ne sont pas câblés. Les MOS sont des IPD135N03L (30V, 13.5mΩ, 30A, Qgs 2.7nC), les condos de bootstrap valent entre 1 et 4.7µF (céramique X7R 50V, différentes valeurs pour tester. Et le Vgs du MOS high-side atteint 10V), et R série avec le MOS 10Ω (R4-R9).

Test en pont en H (donc 1 pont inutilisé, et même valeur pour les condos de bootstrap) à 12V :
La fréquence est de 48kHz, pilotage synchrone (avec MOS côté gnd) ou asynchrone, en 5V (entrées drivers).
Ça fonctionne très bien avec une charge résistive à faible courant (R 1kΩ, LED, petite ampoule; max 300mA) et un rcy de 10 à 90%. Par contre, avec une charge résistive et inductive (résistance de puissance, 2.2Ω 5W), les drivers grillent* dès que le courant dans la charge dépasse 1A @ rcy > 20% (à peu près).

Mais les MOS n'ont apparemment rien : mesures correctes hors tension au multimètre, et si je remplace les drivers, rebelote avec le test ci-dessus (faible courant = ok, fort courant = paf).


Je suppose qu'un courant ou une tension trop grande "remonte" via la gate des MOS et grille les drivers (quoi d'autre ?!). Mais comment ? Pourquoi ?
À moins que ça ne passe par l'alim... Je n'ai pas mis de gros condo sur l'alim, est-ce que ça pourrait jouer ?

Je désespère ! Toute aide est la bienvenue...

Je vais faire d'autres essais bientôt (encore 13 drivers en stock...) avec un rhéostat et essayer d'enregistrer les signaux de l'oscillo pour essayer de (re)voir ce qui se passe. (ça doit être faisable avec un Lecroy...)
Je vais aussi rajouter un gros condo en entrée.

Merci,
Benj

*Ils consomment trop de courant (qq dizaines de mA à plusieurs centaines de mA), entrées à 1 ou 0, chauffent et paf le driver...
-----

[Qristoff]

on va déja attendre la validation.

[Tropique]

Bonjour

Merci de respecter les http://forums.futura-sciences.com/el...-sabonner.html, et de convertir l'image dans un format autre que le pdf (réservé aux documents complexes et multipages).

[DAUDET78]

Il n'y a pas de schéma .....

[A voir en vidéo sur Futura]

[GIPdA]

Oops désolé pour les PDF.
J'espère qu'en PNG ça ira, parce que les GIF c'est pas possible (Mac OS...).

[DAUDET78]

Tu alimentes ton FAN7842 en 5V ...... C'est au minimum 10V

PS : il n'y a aucune valeur de composant :

[GIPdA]

Il est alimenté en 12V, 5V c'est pour les entrées HIN et LIN (connectées à un µC).
J'ai donné la plupart des valeurs dans mon message. bootstrap capa (C1,C3,C5) : 1µF, R4-R9 : 10Ω, condos de découplage 100nF, diodes RS1B 1A 100V, R1 2mΩ.
Les autres valeurs n'ont pas d'utilité, les composants ne sont pas soudés...

[DAUDET78]

Il est alimenté en 12V,

Moi, je vois, sur ton schéma : Alimentation par Vcc=Vdd .... ou je suis bigleux !
Et si Vdd=12V tu balances du 12V sur les entrées analogiques de ton µC !

[GIPdA]

Bah VDD = 12V... Pourquoi ça devrait valoir 5V ?
Il n'y a aucune alim 5V sur le circuit.

[DAUDET78]

Bah VDD = 12V... Pourquoi ça devrait valoir 5V ?

Parce que VDDsense (qui est égale à VDD) est envoyé directement sur ton µC ...... il doit pas aimer !
de même PHW_Sense et tous les autres

PS R10 et R11 , valeur ?

[GIPdA]

VDD_sense est sur le point milieu d'un pont diviseur, connecté entre VDD et VSS. Donc n'est pas égal à VDD.
Actuellement le pont diviseur n'est pas soudé non plus.

[DAUDET78]

de même PHW_Sense et tous les autres

PS R10 et R11 , valeur ?

???????????????

[GIPdA]

Dsl, j'avais pas vu l'édit.
Il y a un pont diviseur pour toutes les entrées (R12 à R17). Aucune de ces résistances ne sont soudées, ni R10 et R11. Donc aucune tension sur les pistes *_sense.
Je n'ai pas de valeur pour R10 et R11, pas encore calculé (mais de quoi avoir 5V max suivant la tension définitive que j'aurais sur VDD).
Pareil pour R12 à R17.

[iso14000]

bonjour,

je ne vois pas la valeur des R des rappels des gates à la source. En outre la valeur des capa de bootstrap ont été calculées comment? (1µF, je trouve cela élevé, la diode tiendra elle à long terme?)

[GIPdA]

Hello,

Les R de rappel ne sont pas sur le schéma mais sont soudées sur la carte, elle valent 1kΩ.
Pour les bootstrap j'ai utilisé l'outil en ligne de Silicon Labs. Je devrais plutôt être sous 1µF (entre 300nF et 700nF), mais je n'avais que ça à disposition.

Pourquoi est-ce que la diode pourrait ne pas tenir à long terme ?
Merci.

[iso14000]

j'ai pas dis ça

simplement je m'interroge sur la justification et le dimensionnement de chaque élément. As tu fais un calcul pour dimensionner (même à la grosse) ta capa de bootsrap, puis un autre pour avoir le courant crête qui passe dans ta diode pour voir si elle est assez costaud?
as tu fait un calcul pour voir si la valeur de tes résistances de rappels de grille à la source est correcte?


ensuite je ne vois pas sur ta carte ou ton schéma de capa de découplage autour des chaque bras des MOS

il faudrait que tu fasses un schéma complet et clair de ta carte...

[bobflux]

La capa de bootstrap se charge à travers la diode, et le courant pour la charger provient des capas de découplage des drivers de MOS. Par conséquent ces capas de découplage doivent être suffisamment plus grosses que les capas de bootstrap, sinon quand elle se recharge, l'alim du driver tombe. Si t'as des doutes mets un 10µ 25V à la place de la capa de découplage.

Il faut aussi une ferrite dans l'alim du driver, enfin c'est pas strictement indispensable, mais c'est un plus. Par exemple une 50 ou 100 ohms série BLM21xxP de chez murata, ou autre.

Ton driver crame parce que tu n'as pas mis de capas de découplage sur la carte pour ton alim puissance. Quand les MOS bloquent, l'inductance du moteur rebalance tout le courant dans l'alim. Ca peut se produire au freinage moteur ou au dead time. Comme l'accu est très loin (au moins à quelques centaines de nH de distance) et a une impédance élevée relativement au dI/dT, t'as un gros pic de tension sur ton alim qui éclate les drivers, les MOS éventuellement, enfin le premier truc qui va se dévouer pour servir de zener... apparemment là c'est les drivers... ça pourrait aussi être les MOS, ou autre chose.

Solution :

Rajoute des capas alu low-ESR soudées sur le côté de la carte (sur la tranche, la carte en sandwich entre les broches de la capa), au besoin gratte un peu ton soldermask. N'aie pas peur de mettre de la grosse capa... ou plusieurs en parallèle... rajoute aussi quelques céramiques CMS... il faut que tout ça soit connecté de façon à minimiser l'inductance, tu te retiendras donc d'utiliser la zone de pastilles en bas de la carte et de relier tout ça par des fils !

Ex : un MOS qui commute 10A en 10ns => dI/dt = 10^9 A/s, aux borne d'une inductance de 1nH, ça nous donne 1 volt, et 1nH c'est 1-2mm de fil...

Une fois que ça cramera plus, les pics de tension HF étant rabotés, si le moteur injecte souvent du courant dans l'alim c'est une bonne idée de rajouter un truc qui protégera l'accu contre une surcharge, et qui protégera les drivers et les MOS quand le BMS décide de déconnecter l'accu quand le moteur essaie de le charger. Tu peux mettre n'importe quoi, un TL431 avec un gros transistor, une transil, ou du software, mais il faut qu'il soit réactif.

[GIPdA]

bobfuck, merci ! C'est pile ça ! Ce midi j'ai rajouté un condo alu (récup d'un contrôleur brushless, 330µF 25V) soudé directement au niveau de l'alim sur la carte. J'ai testé avec mes résistances de puissance et bingo, ça n'a pas grillé
Je vais encore rajouter des céramiques avant de tester avec un moteur.

Merci pour les explications, c'est très clair. C'est tellement... élémentaire, j'aurais du y penser ! :-p

Par contre, est-ce qu'une ferrite "anneau" (qu'on peut mettre autour de câbles) serait utile et adaptée ? Vu qu'en cas de fort courant (> 20A) la ferrite série n'irait pas.

Je vais voir ce qui est possible de faire pour la protection de l'accu. Avec de forts courant (10 à 30A), tu aurais une préférence ? Il faudrait une solution qui n'ajoute pas de résistance en série. Une transil peut-être, ou si je pouvais arriver à récupérer cette énergie pour la réutiliser, là ça serait top !

Pour le dimensionnement du circuit de bootstrap, j'ai utilisé l'outil en ligne de Silicon Labs et les datasheets. La diode est même un peu surdimensionnée normalement. J'ai pas encore trouvé la valeur de la capa de bootstrap "idéale", d'ailleurs la fréquence du PWM risque encore de changer, et donc la capa aussi.

Je vais faire des tests avec plus de puissance, et je reviendrais vous dire ce qu'il en ai.

Merci à tous, bonne soirée.
Benj

[bobflux]

Excellent.

> Pour le dimensionnement du circuit de bootstrap,

En fait je parlais de la capa de découplage de l'alim du driver. Elle doit être d'une valeur plus importante que la capa du bootstrap.

> est-ce qu'une ferrite "anneau" (qu'on peut mettre autour de câbles) serait utile et adaptée

C'était juste pour déparasiter l'alim du driver (et lui éviter de manger les pics de tension), comme le driver consomme peu, une ferrite CMS convient...

> Je vais voir ce qui est possible de faire pour la protection de l'accu.

Le plus simple est de mettre un comparateur à hystérésis sur la tension de l'alim. Quand elle dépasse un certain seuil (au freinage ou si le moteur est entraîné, par exemple dans une descente, etc), tu mets tous les MOS du bas passants, ce qui court-circuite le moteur. L'énergie inductive sera dissipée dans le moteur. Si tu laisses tous les MOS bloqués, les diodes feront office de redresseur triphasé et tu récupéreras l'énergie. Si tu n'as nulle part où la mettre, un truc cramera.

Si par contre tu veux utiliser le moteur comme frein dans une très longue descente, et que tu ne veux pas dissiper l'énergie dans le moteur, tu n'échapperas pas à la Très Grosse Résistance (commutée par le même comparateur que précédemment et un gros MOS)...

[GIPdA]

En fait je parlais de la capa de découplage de l'alim du driver. Elle doit être d'une valeur plus importante que la capa du bootstrap.

Ah, oui, là j'ai 100nF pour la capa de découplage, et 1µF pour la capa du bootstrap... problème ! Je modifierais ça.

C'était juste pour déparasiter l'alim du driver (et lui éviter de manger les pics de tension), comme le driver consomme peu, une ferrite CMS convient...

En effet... je pensais au contrôleur complet, ça me paraissait un peu bizarre ! Ça sera rajouté sur le prochain proto.

Ok pour le comparateur, c'est pas compliqué et j'ai ça dans mon µC.

Par contre, j'ai l'impression que le moteur ne peut pas être en roue libre... si on ne peut pas laisser le courant remonter vers l'alim, on doit court-circuiter le moteur via les MOS du bas, donc on le freine. Si on ne le court-circuite pas, le courant remonte vers l'alim, et ça le freine aussi, non ? Ou quelque chose crame...
J'ai l'impression de louper un truc...

Merci !
Benj

[bobflux]

Quand il tourne en "roue libre" il va produire une tension comme un alternateur. Si les MOS sont bloqués et qu'il tourne assez lentement pour que la tension produite soit inférieure à celle de l'alim, alors les diodes ne passeront pas, et ça ne le freinera pas.

Si il tourne assez vite pour produire assez de tension pour que les diodes passent, alors le courant remonte vers l'alim, et le moteur freine plus que si il était simplement en court-circuit...

[iso14000]

d'ailleurs, je constate que ce sont les diodes technologiques des MOS qui sont utilisées, peut être vaudrait il mieux ajouter des diodes dimensionnées et // sur chaque MOS...

[GIPdA]

Quand il tourne en "roue libre" il va produire une tension comme un alternateur. Si les MOS sont bloqués et qu'il tourne assez lentement pour que la tension produite soit inférieure à celle de l'alim, alors les diodes ne passeront pas, et ça ne le freinera pas.

Si il tourne assez vite pour produire assez de tension pour que les diodes passent, alors le courant remonte vers l'alim, et le moteur freine plus que si il était simplement en court-circuit...

Ok, c'est plus clair, merci !
Et le second cas peut être critique vu que le courant remonte, donc si on connecte une bonne résistance adaptée en // sur l'alim à ce moment là, on règle le problème. J'ai juste ?

d'ailleurs, je constate que ce sont les diodes technologiques des MOS qui sont utilisées, peut être vaudrait il mieux ajouter des diodes dimensionnées et // sur chaque MOS...

Oui j'utilise les diodes internes. Je sais qu'elles ne sont (généralement ?) pas géniales (en tout cas c'est le cas sur ces MOS là !), idéalement il faudrait une diode rapide comme une schottky c'est bien ça ?
Le risque étant de griller le MOS si la diode interne est trop lente, en atteignant la tension max du MOS avant la commutation de la diode ?


J'ai hâte de refaire des tests, mais je risque de ne pas pouvoir faire ça rapidement, donc ne vous étonnez pas si je met du temps à revenir...

Merci,
Benj

[iso14000]

pour les diodes c'était une remarque en passant... il faudrait faire quelques calculs avant de choisir le marteau pour enfoncer le clou.
Maintenant tu n'es pas encore sur la vrai charge mais sur une résistance peu inductive c'est ça?

[GIPdA]

En effet, et ce n'est même peut-être pas utile d'en rajouter si on utilise une commutation synchrone (vu que les diodes sont peu utilisées au final).

Oui j'utilise une résistance de puissance bobinée (0.12Ω), ou plutôt 3, montées en étoile. J'utiliserais prochainement un petit moteur brushless et un pilotage simple type pas à pas pour tester.

[iso14000]

c'est donc sur une charge de type moteur (et donc selfique par essence) avec fcem que il va falloir rajouter un gros bidon de condensateur comme l'a dis Bobfuck

[Qristoff]

Oui j'utilise une résistance de puissance bobinée (0.12Ω), ou plutôt 3, montées en étoile.

tu n'utilises pas du tout de self pour simuler la charge ?

[GIPdA]

Exacte, c'est ce que je vais faire. Merci pour le rappel.
Est-ce que la capacité minimal théorique de la capa de découplage (qu'on peut diviser ensuite si besoin, et en plusieurs techno) à rajouter dans ce cas se calcule, même à la louche ? L'idée c'est de mettre juste ce qu'il faut (avec une bonne marge de sécurité bien sûr), pour réduire les coûts, et l'encombrement.

[GIPdA]

tu n'utilises pas du tout de self pour simuler la charge ?

Je n'ai pas de self... à part des moteurs. Il y a ça à la fac, mais c'est des groooosses selfs... genre celle des TP, 1 ou 2kg, jusqu'à 1H... un peu gros non ?

[Qristoff]

Je n'ai pas bien compris. Tu utilises un moteur réel ou pas ? avec charge visqueuse ou pas ? quelle est la valeur de self du moteur ? la tension DC d'alimentation du pont ?