Contrôle Moteur MOSFET PWM ?

[bitouns]

Bonjour,

Pour une application, j'ai besoin de faire varier la vitesse d'un moteur 24v d'environs 50w.
Dans cette application, le moteur a beaucoup de couple et très très peu de vitesse. Je règle le PWM pour que le moteur tourne vraiment au ralenti en forçant beaucoup.

Le circuit marche bien une dizaine de minute puis la diode a grillé et ensuite l'un des mosfets y est passé aussi.
Il semble que je ne comprend pas ce qu'il se passe ? pourquoi cette diode grille t'elle ?

mosfet.jpg

La diode est sencé etre une diode de roue libre pour bloquer un tension inverse qui serait généré par le moteur lorsque celui ci agit en générateur sur son inertie. la force étant trés forte et la vitesse trés faible je me demande comment est le signal fournit par le moteur agissant en générateur.
Grosse intensité et faible tension ? l'inverse ?

Merci d'avance pour votre aide.

Si j'ai mis 3 mosfet en parallèle c'est pour diviser le courant et ainsi répartir la dissipation de chaleur. les 3 mosfet agissent comme 1 seul et unique.
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[PIXEL]

biscotte , AMHA, le moteur tourne dans un trés mauvais domaine.

un réducteur mécanique serait préférable , jusqu'à plus ample informé

[bitouns]

Il y a en effet une réduction mécanique (interne au moteur) + une que j'ai fait avec un ratio de 1/2 mais ce n'est malheureusement pas suffisant :S

"biscotte , AMHA"

je viens de comprendre mais mon pseudo est bitouns ^^

[PIXEL]

d'autre part , une variation à PWM demande un signal de commande à fronts TRÈS raides ,
difficile à obtenir avec la capa de gate des mos.

un examen à l'oscillo s'impose

AJOUT la diode 1N4007 est bien insuffisante :

trop juste en intensité

pas assez rapide

[A voir en vidéo sur Futura]

[bitouns]

Un control sans PWM avec une tension variable serait mieux ? (pont diviseur de tension avec un potentiomètre)

quel type de diode serait bien ? une diode schottky de 10 A comme la "10SQ045" ?

[PIXEL]

1) non

2) oui

[bitouns]

Merci déjà pour toutes ces informations.
Avez vous une référence de diode à conseiller, je me rend compte qu'il y a des milliers de références.

est t'il intelligent de rajouter une résistance en série avec la diode pour que celle ci consomme l’énergie produite par le moteur lorsque celui ci agit en générateur?

J'aurais pensé que d'enlever le PWM et ses signaux en créneaux aurait amélioré les choses pourquoi ce n'est pas le cas ?

[PIXEL]

1) vois avec ton épicier , il y a , effectivement , des 100'taines de références.

2) surtout pas , la résistance fera augmenter la tension de pic ,

3) au risque de faire chauffer les mos , qu'il faudra monter en source suiveuse , bref ,
c'est une refonte de l'étude

[bitouns]

Donc en gros il faut juste une diode qui peut recevoir un plus gros courant et ça devrait marcher ?

[bitouns]

Je reste ouvert à toutes autres propositions d'amélioration du circuit pour éviter les problèmes que je rencontre.

[Zenertransil]

Bonjour,

Et surtout, Pixel l'a dit, une diode plus rapide! Une 1N4007 c'est pas une formule 1, en fonction de la fréquence de commutation elle n'a même pas le temps de conduire qu'elle est déjà bloquée, donc elle ne joue pas son rôle et n'empêche pas les surtensions: le transistor n'apprécie pas la chose très longtemps.

Les trois MOSFET, je ne trouve pas que ça soit une bonne idée, un IRFZ46N supporte largement les contraintes que tu lui imposes! En procédant ainsi, tu triples la Cgs apparente, tu triples la Cds apparente, et tu augmentes largement les pertes de commutation (les MOSFET ont du mal à commuter), ce qui... AUGMENTE l'échauffement: en fait chacun dissipe sûrement bien plus qu'1/3 de ce qu'aurait dissipé un seul transistor...



L'analyse à l'oscillo n'est effectivement pas un luxe si tu en possèdes un, ça permettra de regarder la gueule des fronts. Parce que même avec un seul transistor, le problème sera atténué, mais en fonction de la fréquence (au fait, combien?) et de la résistance série de la sortie de l'Arduino, ça risque de pas être fantastique!

[bitouns]

la pin de l'arduino du PWM est a 32kHz cette valeur est elle trop élevé?

Comment savoir le temps de réponse d'une diode sur un datasheet ? je ne trouve pas :S

Je n'ai malheureusement pas d'oscillo ...

Après ça ne me pause aucuns problèmes de ne plus faire mon circuit en PWM et d'utiliser une tension variable (pont diviseur de tension avec potentiomètre) sur la gate du ou des transistor si en changeant ça le probleme est résolu !

[PIXEL]

pas si simple , ça complique bigrement la courbe de commande...

sans compter la perte d'énergie dans les transos

[Zenertransil]

Non, c'est vraiment une mauvaise idée!

Occupe toi déjà des points que j'ai (qu'on a) cités... UN SEUL TRANSISTOR, une diode rapide et de bonne capacité! Une Schottky pas trop pourrie ou une silicium dite "ultra rapide" conviendra, tu peux prendre une 1N5822 par exemple! C'est une Schottky 3A-40V. Comme je ne connais pas la résistance de sortie de l'arduino, je ne peux pas estimer les pertes de commutation ni voir si ça demande correction ou pas... Mais je suis presque sûr que oui, surtout avec trois transistors! Mettre des MOSFET en parallèle ça se fait mais quand tu as plusieurs centaines d'ampères, à la rigueur plusieurs dizaines. Là ce n'est pas justifié, parce que tu augmentes les effets parasites sans aucun bénéfice!

[zibuth27]

hello,

Il faut de plus laisser au courant le temps de croître suffisamment dans l'inductance du moteur (ou dans les inductances, dans le cas d'un moteur série)
Rappelles-toi que le courant croît exponentionnellement dans l'inductance pour atteindre le maximum après quelques multiples de la "constante de temps" (évaluée par le rapport L / R, où R représente la somme des résistances du bobinage et de l'alimentation et I l'inductance.

Si tu as besoin de la puissance maximale, il faut que le temps de montée du courant soit minime par rapport au temps "ON", disons au moins 10 constantes de temps.
Si ta fréquence est trop élevée, tu ne disposeras que d'une partie de la puissance et tu perdras beaucoup d'énergie dans la diode de roue libre. De plus tu seras plus sensible à l'échauffement du cuivre.

Je te suggère aussi d'utiliser une zener ou une transil (TVS) qui font monter l'impulsion de récupération de la diode à une valeur contrôlée (30 à 70V, enfin une valeur supportée par le transistor de commutation, ce qui accélère le temps de récupération). Tu t'affranchis plus du temps de récupération qui diminue et tu contrôles mieux ton temps utile

La fréquence du PWM de 32kHz me paraît bien trop élevée, tu risques de n'avoir plus de marge si tu souhaites un jour monter un peu la puissance si par hasard la puissance te convient. Une fréquence de 30 à 500Hz est plus courante (tu l'entends très bien dans certains trains de banlieue, ceux qui ont au moins un moteur par wagon)


saluts

[PIXEL]

suffit de calculer l'impédance de la capa de porte des MOS à 32 kHz , surprise garantie

[Antoane]

Bonsoir,

Une 1N4007 c'est pas une formule 1, en fonction de la fréquence de commutation elle n'a même pas le temps de conduire qu'elle est déjà bloquée, donc elle ne joue pas son rôle et n'empêche pas les surtensions: le transistor n'apprécie pas la chose très longtemps.

C'est l'inverse : elle n'a pas le temps de se bloquer (trr trop grand), elle est donc encore passante lorsque le MOS se sature, d'où pertes et risque de destruction du transistor de découpage (qui débite sur un quasi-cour-circuit) comme de la diode.
C'est le reverse recovery time qu'il faut regarder, ex : http://www.nxp.com/documents/data_sh...148_1N4448.pdf 4ns pour la 1N4148. Le temps de saturation n'est pas indiqué dans les docs, dans la mesure où il est souvent effectivement limité par l'inductance parasite du composant, et non par la jonstion elle-même.

Les trois MOSFET, je ne trouve pas que ça soit une bonne idée, un IRFZ46N supporte largement les contraintes que tu lui imposes! En procédant ainsi, tu triples la Cgs apparente, tu triples la Cds apparente, et tu augmentes largement les pertes de commutation (les MOSFET ont du mal à commuter), ce qui... AUGMENTE l'échauffement: en fait chacun dissipe sûrement bien plus qu'1/3 de ce qu'aurait dissipé un seul transistor...

Avec un capa d'entrée de 1,5nF, il faut ~10µs pour commuter un seul MOSFET. La période de ton PWM ~30µs. Problème ?
Le IRFZ46N n'est pas adapté à une commande en 0/5V. Il te faut un driver 0/10V ou changer de composant.

Il faut de plus laisser au courant le temps de croître suffisamment dans l'inductance du moteur (ou dans les inductances, dans le cas d'un moteur série)
Rappelles-toi que le courant croît exponentionnellement dans l'inductance pour atteindre le maximum après quelques multiples de la "constante de temps" (évaluée par le rapport L / R, où R représente la somme des résistances du bobinage et de l'alimentation et I l'inductance.

La croissance est plutôt linéaire, en tout cas dans les moteurs présentant un rendement >>10%. Ici, tu filtres, donc, si je ne m'abuse, le courant croît (tant que l'approximation 1er ordre demeure correcte). Pas de rapport, dans ce cas, avec L/R

Si ta fréquence est trop élevée, tu ne disposeras que d'une partie de la puissance et tu perdras beaucoup d'énergie dans la diode de roue libre. De plus tu seras plus sensible à l'échauffement du cuivre.

La puissance perdue dans la roue libre est une constante : (1-rapport_cyclique)*Vf*I auquel s'ajoute une composante linéaire de la fréquence, due aux pertes par commutation.

Je te suggère aussi d'utiliser une zener ou une transil (TVS) qui font monter l'impulsion de récupération de la diode à une valeur contrôlée (30 à 70V, enfin une valeur supportée par le transistor de commutation, ce qui accélère le temps de récupération). Tu t'affranchis plus du temps de récupération qui diminue et tu contrôles mieux ton temps utile

Une zener, c'est pas bien rapide... Mieux vaut correctement choisir sa diode de roue-libre.

La fréquence du PWM de 32kHz me paraît bien trop élevée, tu risques de n'avoir plus de marge si tu souhaites un jour monter un peu la puissance si par hasard la puissance te convient. Une fréquence de 30 à 500Hz est plus courante (tu l'entends très bien dans certains trains de banlieue, ceux qui ont au moins un moteur par wagon)

Entre un moteur de qq W qui pourrait vouloir un jour en faire qq dizaines et les qq kW d'un RER ou d'un tram, ya de la marge...
Diminuer la fréquence accroit l'ondulation du courant alimentant le moteur (à inductance constante), d'où bruit et vibrations, et par suite usure mécanique. Ca doit pas être génial pour l'électronique non plus.

[Antoane]

Le temps de saturation est souvent effectivement limité par l'inductance parasite du composant, et non par la jonstion elle-même.

Là, tu t'avances peut-être un peu quand même...
:deepseul

[Tropique]

Pour ajouter aux infos données par Antoane:

la pin de l'arduino du PWM est a 32kHz cette valeur est elle trop élevé?

Comment savoir le temps de réponse d'une diode sur un datasheet ? je ne trouve pas :S

32KHz est sans doute inutilement élevé, et va demander une commande de gate propre. Mais avec un driver dédié, c'est tout à fait possible.
Le trr n'est spécifié que pour les diodes rapides: une 1N400x n'est normalement pas spécifiée dans ce domaine parce qu'elle n'est pas faite pour ça (un ou deux fondeurs donnaient quand même une valeur indicative, mais c'était du genre catastrophique, 2µs si mes souvenirs sont bons)

Après ça ne me pause aucuns problèmes de ne plus faire mon circuit en PWM et d'utiliser une tension variable (pont diviseur de tension avec potentiomètre) sur la gate du ou des transistor si en changeant ça le probleme est résolu

!
Si tu est prêt à dissiper beaucoup plus de puissance, c'est une option....

hello,

Il faut de plus laisser au courant le temps de croître suffisamment dans l'inductance du moteur (ou dans les inductances, dans le cas d'un moteur série)
Rappelles-toi que le courant croît exponentionnellement dans l'inductance pour atteindre le maximum après quelques multiples de la "constante de temps" (évaluée par le rapport L / R, où R représente la somme des résistances du bobinage et de l'alimentation et I l'inductance.

Si tu as besoin de la puissance maximale, il faut que le temps de montée du courant soit minime par rapport au temps "ON", disons au moins 10 constantes de temps.
Si ta fréquence est trop élevée, tu ne disposeras que d'une partie de la puissance et tu perdras beaucoup d'énergie dans la diode de roue libre. De plus tu seras plus sensible à l'échauffement du cuivre.

C'est le contraire: si on oblige le courant à varier entre zéro et une valeur élevée, la valeur rms va augmenter pour une même valeur moyenne (celle qui génère le couple).
Il faut éviter le mode discontinu, qui génère pertes et vibrations, et privilégier un mode continu avec une ondulation raisonnable, n'excédant pas 50% par exemple.
L'inconvénient d'une fréquence plus élevée est l'augmentation des pertes fer et assimilées, comme les pertes par courant de Foucault dans les enroulements et le fer, mais en même temps ces pertes sont largement proportionnelles à l’ondulation, qui diminue avec la fréquence.

Je te suggère aussi d'utiliser une zener ou une transil (TVS) qui font monter l'impulsion de récupération de la diode à une valeur contrôlée (30 à 70V, enfin une valeur supportée par le transistor de commutation, ce qui accélère le temps de récupération). Tu t'affranchis plus du temps de récupération qui diminue et tu contrôles mieux ton temps utile

Ici, la seule caractéristique inverse employée est la tension de blocage, ce genre de composant n'a donc aucun intérêt, et risque de poser des problèmes en cas d'augmentation transitoire de la tension d'alim.
Il se fait que structurellement, les diodes zener ou avalanche sont plutot plus rapides que des diodes génériques, mais à l'heure actuelle le choix de diodes rapides est plus que suffisant pour se passer de ce genre d’expédient

La fréquence du PWM de 32kHz me paraît bien trop élevée, tu risques de n'avoir plus de marge si tu souhaites un jour monter un peu la puissance si par hasard la puissance te convient. Une fréquence de 30 à 500Hz est plus courante (tu l'entends très bien dans certains trains de banlieue, ceux qui ont au moins un moteur par wagon)

Comme précisé plus haut, 32KHz est plutôt élevé, mais pas encore excessif pour un moteur pas trop gros.
Pour les moteurs de traction, il faut se souvenir que la constante de temps électrique dépend de la taille, et un moteur de 50W ou de 50kW ne sont pas comparables

Là, tu t'avances peut-être un peu quand même...
:deepseul

Un peu, mais pas trop: il y a 40 ans, le forward recovery pouvait être un problème, mais maintenant même des diodes lentes ont un Vf multiplié par seulement deux ou trois pour des di/dt conséquents.
Avec certains switchers ultra-rapides, qui commutent en deux trois ns, cela peut devenir un problème, mais cela reste assez marginal. Le regretté J. Williams avait fait un papier sur le sujet il y a quelques années.

[bitouns]

Tout d'abord merci pour toutes ces réponses.

Avez vous un ordre d'idée de la fréquence pour ce moteur de 50w 1khz ? 10khz ? 500 hz ?

voici le type de moteur dont il s'agit (en photo)


L'idée des mosfets en parallèle viens de la : http://jeromeabel.net/files/ressourc.../content.xhtml
Il est expliqué que même si un mosfet peut prendre jusqu'à une 50 aine d'ampère dans mon cas en réalité la chaleur dissipé par effet joul due a la résistance interne avec 5 ampère risque de le brulé même avec un radiateur. Comme le moteur force beaucoup je voulais éviter de bruler mon mosfet ( ce qui avait été le cas la première fois ou je n'en avait mis qu'un) à cause d'un pic d'intensité. Il s'avère qu'enfaite c'est le même courant inverse qui a grillé ma diode qui avait du grillé mon mosfet ( je n'avais pas de diode avant).

[bitouns]

J'ai trouvé ce type de diode : HER308 avec un temps TR entre 50 et 75 ns c'est suffisamment rapide non ? 3 A c'est suffisant ? sinon je peux en mettre deux en parallèle ? je sais pas ci cela poserais problème.

[Zenertransil]

Jamais deux diodes en parallèle! Sauf cas très très particuliers, mais sinon... On évite absolument. Cette diode devrait convenir, je n'ai pas regardé la tension, elle tient au moins une quarantaine de Volts? On prend un peu de marge, tant qu'à faire.

Il est expliqué que même si un mosfet peut prendre jusqu'à une 50 aine d'ampère dans mon cas en réalité la chaleur dissipé par effet joul due a la résistance interne avec 5 ampère risque de le brulé même avec un radiateur.

Qu'est-ce que c'est que cette bêtise... C'est du grand n'importe quoi! Déjà "un mosfet" ça ne veut rien dire, c'est comme pour tout, il y a des gros et des petits. Comment certains transistors (dont le tien) pourraient tenir 50A s'ils brûlaient avec 5 misérables ampères? Ce sont des inepties!
P=RI², okay? Un MOSFET se comporte comme une résistance à l'état passant, R, c'est Rdson, donnée par le fabriquant. Elle dépend de la tension appliquée à la grille, mais on se débrouille pour qu'elle soit minimale. C'est quelques dizaines de MILLIOHMS !

J'utilise plutôt des IRFZ44N, moins "costauds" que les 46 si je me souviens bien. La Rdson vaut 17,5 MILLIOHMS! Ca fait que tu peux passer 10A dans le drain sans radiateur (tu dissipes alors 1,75W), et évidemment tu peux atteindre la cinquantaine annoncée par le constructeur avec un radiateur bien dimensionné, sinon il n'en parlerait pas!



Pour la fréquence, 10kHz me semble raisonnable si tu veux baisser, mais personnellement je ne baisserais PAS: la machine est bien trop petite pour se permettre ce luxe sans passer en conduction discontinue, toujours nuisible! Les valeurs de quelques centaines de Hertz, ça se fait sur des TRES grosses puissances, supérieures au mégawatt, déjà parce que c'est inutile d'aller plus haut (le moteur a une constante de temps monstrueuse) et surtout parce que ça demanderait de surdimensionner les interrupteurs. Même avec l'avènement des IGBT, on est à un moment ou un autre obligé de revenir au GTO voire au thyristor + circuit d'extinction, qui ne peut pas dépasser quelques centaines de Hz. Mais pas pour des puissances si faibles! Et surtout avec un rapport cyclique faible!

Utiliser un hacheur et travailler à moins de 100Hz est stupide, un redresseur commandé est plus simple, plus robuste, et offrirait une ondulation résiduelle de fréquence plus élevée... 100Hz en mono, 300Hz en triphasé (avec des ponts doubles) Donc bon...



EDIT: Evidemment, si tu conserves la même fréquence ou même si tu baisses un peu (sauf si tu vas à 100Hz, mais ça serait stupide, je le répète), utiliser un driver ne serait pas du luxe et résoudrait bien des problèmes!

[bitouns]

Pardon en effet je parlais de 5W et non de 5A. Avec 5w de puissance a dissiper avec un radiateur le IRFZ46N risque de ne pas arriver a évacuer cette énergie.
mais en effet P = R*i² si P limite est de 5w on a donc avec R = 16.5 mohm on a donc Ilimite = 17.4 A. 5W sans radiateur donne un équilibre thermique à 310 degrés. Alors meme si j'ai des petits radiateur,je sais que la connection thermique par conduction ne va pas poser de problème mais je ne connais pas les facteurs de convection des radiateurs donc je préfère me limiter a ces 17 A plutot que d'aller jusqu'à la limite du IRFZ46N qui est de 53A.

Par contre en effet je me rend compte qu'un seul mosfet pourrait largement gérer mon moteur meme avec ma limite personnelle fixée a 17A.

En quoi un driver m'aiderais ? j'ai pourtant bien l'impression d'allumer mon moteur a fond lorsque je fournit une tension de 5v aux gates. Du moins c'est l'impression que j'ai quand je compare avec la vitesse du moteur quand je le branche en direct. Ce n'est peut etre pas le cas niveau couple mais j'ai déjà trop de couple ... Un référence en driveur pour IRFZ46N ?

[Zenertransil]

Tu mélanges tout...

[bitouns]

Cette remarque ne m'aide pas beaucoup ... dommage.

[Zenertransil]

Je n'en doute pas, mais que dire de plus? Si j'avais répondu de façon plus détaillée, j'aurais répété à 95% ce que mes collègues ou moi-même avons DÉJA dit, à quoi bon?

L'exemple est flagrant avec cette histoire de dissipation thermique! D'où tu sors cette puissance de 5W? Elle est complètement farfelue! Avec un radiateur, tu peux atteindre beaucoup plus, sans radiateur tu ne dépasses pas les 2W.

Idem pour les "5V qui suffisent", j'ai DÉJA répondu... Et PAREIL pour le driver et son intérêt, cf message de PIXEL tout en haut de la page, qui y faisait allusion! Ce n'est pas parce que ton moteur tourne presque à fond que le transistor ne souffre pas. Mais nom de dieu, si le fabriquant te dit qu'il faut mettre (admettons) 15V, tu ne crois pas que c'est un peu tordu d'en mettre 5 et de se demander pourquoi ça marche pas? Moins tu mets de tension, plus la tension aux bornes du transistor (et donc la puissance qu'il dissipe) sera grande. Admettons que ça soit normalement 0,1V, c'est pour illustrer, et que en mettant 5V, ça fasse 1V. Le moteur passe de 23,9V à 23V, autant dire qu'il ne s'en rend pas compte. Mais le transistor chauffe DIX FOIS PLUS!

[bitouns]

Mon magasin d'elec du coin propose cette diode : http://www.velleman.eu/downloads/7/mur1510.pdf

c'est du costaud ! 15A 100v 35-60ns de recovery time.

ça devrait convenir ? c'est surement très surdimensionné mais au moins elle risque pas de griller non ?

[Kissagogo27]

Bonjour, si c'est pas la diode qui cramera , alors ça sera autre chose :siffle:

[bitouns]

J'aurais pensé que tant que la diode était en bonne état le problème restait au niveau du moteur et ne se propageait pas au reste du circuit donc pour moi tant que la diode va bien le tout va bien mais bon après c'est vous les experts ! Du coup c'est une mauvaise idée une trop grosse diode ?

[Zenertransil]

Je te réponds de façon (très) succincte, tu t'en plains, je complète, tu l'ignores. Mais encore? TOUS LES PROBLEMES (ou les principaux en tout cas) ont été cités au cours de ces deux pages, tu peux te contenter de changer la diode si tu veux, mais je peux te le garantir sans boule de cristal ni marc de café: ça ne fonctionnera pas mieux!