Asservissement

[martinpsi]

Bonsoir,
dans le cadre de mon Tipe, je m'intéresse à l'asservissement du courant d'un module Peltier. Pour cela, j'ai réalisé quelques circuits avec le logiciel ltspice, en utilisant le "voltage controlled switch". Toutefois, je ne vois pas quel composant dans la réalité pourrait lui correspondre.
Merci de m'éclairer.

Je pensais le remplacer par un transistor, le but étant de réguler le passage d'un courant maximum de 4A, en contrôlant les commutations à partir d'impulsions d'amplitude 5V. Existe-il des composants pouvant jouer ce rôle?

Merci

Cordialement.

Martin
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[albanxiii]

Bonjour,

http://forums.futura-sciences.com/tp...-tpe-tipe.html

- Les sujets traités
Seuls les sujets relatifs aux questions administratives, pédagogiques et méthodologiques seront traités dans la section TPE/TIPE. Exemple : comment trouver une problématique ? Comment organiser mon plan de rapport ? Comment se déroule l’évaluation ? Comment préparer mon exposé ? Quoi mettre dans l’introduction ?
Par contre, les questions scientifiques ou techniques devront être posées sur les forums scientifiques ou techniques concernés.
Par exemple, dans le cas d’un TPE sur les Bobines, si la question concerne le fonctionnement d’une bobine ou les différents types de bobines, alors posez cette question sur le forum électronique : vous aurez davantage de réponses, et ça permettra d’éclaircir la section TPE.

Je déplace donc en électronique.

Pour la modération.

[Antoane]

Bonjour,

C'est effectivement probablement d'un transistor dont tu as besoin.
Des centaines de références conviendront, par exemple : http://www.farnell.com/datasheets/1785302.pdf
En fonction de la fréquence de découpage, il sera peut-être nécessaire de prévoir un driver.
Peux-tu poster le schéma complet de ton circuit ?

[martinpsi]

Merci pour votre réponse. Pour l'instant je pensais commencer par un simple hacheur série, en faisant commuter l'interrupteur grâce à un arduino.



Je ne suis pas sûr du montage qu'il faudrait pour faire fonctionner le mosfet.

J'avais déjà modéliser un circuit de ce type avec un transistor npn (et un timer 555) mais les deux sources étaient à la même tension, contrairement au montage ci dessus (avec 5 volts pour l'Arduino, et 15 pour le générateur principal)...

[A voir en vidéo sur Futura]

[Antoane]

Bonjour,

Deux options :
- utiliser un P-MOSFET (ou, mais c'est moins bien, un PNP) ;
- changer de topologie ou d'agencement des composants du convertisseur et utiliser un NMOSFET.

Si elle est applicable, la deuxième solution est la meilleur : les transistors N sont meilleurs et a priori plus simple à commander que les P.
Le convertisseur buck (hacheur série) tel que tu l'as dessiné a pour avantage de te permettre de relier la charge à la masse, ce qui est parfois indispensable. Mais si tu n'en as pas besoin, tu peux réarranger les composants pour avoir l'une des broches du switch à la masse.

[martinpsi]

J'ai refait le circuit avec un Mofset.

Toutefois il ne fonctionne correctement que si la tension des impulsions et la même que celle de ma source.
Le driver servirait donc à faire passer les créneaux de 5V de l'arduino à 15V?

Le but étant que la tension vgs soit nulle si j'ai bien compris l'article?
http://wiki.mdl29.net/lib/exe/fetch....ansistor_2.pdf

[Antoane]

Bonjour,

Toutefois il ne fonctionne correctement que si la tension des impulsions et la même que celle de ma source.
Le driver servirait donc à faire passer les créneaux de 5V de l'arduino à 15V?

Ce montage fonctionne correctement si la tension de ta source V3 varie entre 0V et ~18V (cette dernière tension étant fonction du transistor utilisé, le SI1555 n'étant ici pas adapté puisqu'incapable de tenir le courant demandé).
au risque de me répéter : il faut, au choix :
- utiliser un P-MOSFET (ou, mais c'est moins bien, un PNP) ;
- changer de topologie ou d'agencement des composants du convertisseur et utiliser un NMOSFET.
Si elle est applicable, la deuxième solution est la meilleure : les transistors N sont meilleurs et a priori plus simple à commander que les P.

Tu commutes à quelle fréquence ?

Le but étant que la tension vgs soit nulle si j'ai bien compris l'article?

Oui.

[martinpsi]

Merci pour votre réponse, je pensais commuter à une fréquence minimale de 10hz pour obtenir un courant suffisamment lissé (avec une bobine de ce type http://www.digikey.com/product-detai...-RC-ND/2534469).

Toutefois je ne connais pas le branchement approprié pour un mosfet N (je ne sais pas si celui de mon schéma pourrait convenir avec un autre modèle). Quel référence de driver et mosfet N pourrait convenir à l'application envisagé?

[Antoane]

As-tu besoin de relier à la masse ta charge ? Si oui, pourquoi ?
Si non : reprend ton schéma de base (celui utilisant un interrupteur) et essaye de repositionner les composants de manière à ce que l'une des broches (sauf la commande) soit à la masse.

[martinpsi]

Merci pour les conseils Je n'ai pas besoin de relier directement la masse à la charge.
Cela semble fonctionner avec 5V maintenant et le montage suivant

[DAUDET78]

Il me semble avoir lu quelque part que les Peltier n'appréciaient pas une alimentation en courant pulsé. Mais je ne sais plus pourquoi !

[Antoane]

Bonjour,
l'architecture est bonne.

[martinpsi]

Il me semble avoir lu quelque part que les Peltier n'appréciaient pas une alimentation en courant pulsé. Mais je ne sais plus pourquoi !

J'espère que le courant sera suffisamment lissé avec ce type de bobine: http://www.digikey.com/product-searc...=0&pageSize=25

Pour finir je pense rajouter une résistance de 500 ohms entre l'arduino et la grille (pour ne pas dépasser les 40mA max en sortie).

Concernant la fréquence je pense pouvoir faire monter l'arduino à 31250Hz (voire au dessus si la résolution n'est pas trop altérée).


J'espère que ce transistor conviendra:
http://www.digikey.com/product-detai...GIN-ND/1996771

Qu'en pensez-vous ?

[Zenertransil]

Bonjour,

Tu ne peux pas négliger l'attaque de grille juste pour faire plaisir à ton Arduino! N'oublie pas que les temps de commutation en dépendent, donc la qualité du hacheur vue de l'extérieur et ses pertes intrinsèques... N'espère pas driver ton transistor avec une impédance de grille de (plus de) 500 Ohm à 31kHz!

Considérer l'espace GS comme un condensateur pur (C=cste) est une approximation assez grossière, mais elle permet de se rendre compte des choses. A 31.25khz, la période de découpage mesure 32µs. En considérant la capa GS constante, la constante de temps de l'ensemble Zattaque +Cgs, c'est-à-dire la durée qu'il faut attendre, à compter du moment où la sortie vaut E, pour que la tension grille-source dépasse 0,63E, vaut 4µs. J'ai pris Cgs=8nF, de mémoire, ça doit être la valeur donnée pour l'IRFZ44N.

En admettant que la transconductance est telle que le courant nominal peut circuler dans l'espace DS avec Vgs=0,63E (où E est la tension avec laquelle on veut commander la grille, celle qu'on atteindrait en régime établi s'il existait), on passerait donc, sur les 40µs du cycle, 25% du temps dans les commutations. Je te laisse conclure et me dire si c'est réaliste/envisageable ou pas!

-Plus la fréquence est élevée, plus l'inductance est petite à ondulation de courant donnée.
-Plus la fréquence est élevée, plus les pertes seront élevées à attaque donnée.
-A pertes constantes, plus la fréquence est élevée, plus l'impédance de la source d'attaque vue de la grille doit être petite.

Un compromis apparaît (le contraire aurait été surprenant), et pour améliorer l'attaque de grille... On utilise un driver!

[Antoane]

Bonjour,

Pour finir je pense rajouter une résistance de 500 ohms entre l'arduino et la grille (pour ne pas dépasser les 40mA max en sortie).
Qu'en pensez-vous ?

Que tu as une loi d'Ohm assez étrange
5V - 500Ohm, c'est plutôt 10mA que 40.

J'espère que le courant sera suffisamment lissé avec ce type de bobine: http://www.digikey.com/product-searc...=0&pageSize=25
Concernant la fréquence je pense pouvoir faire monter l'arduino à 31250Hz (voire au dessus si la résolution n'est pas trop altérée).

J'espère que ce transistor conviendra:
http://www.digikey.com/product-detai...GIN-ND/1996771

sa datasheet :http://media.digikey.com/pdf/Data%20...)039N03L_G.pdf

La fréquence de découpage, la valeur de l'inductance et la possibilité d'attaquer directement le MOSFET avec l'Arduino ou non (i.e. le besoin de driver capable de délivrer plus de 40mA) sont à choisir en fonction, notamment, de tes besoins en matière d'ondulation de la tension de sortie et de ton portefeuille.

Tout peut se mettre en équations (tout en requérant des choix pas forcément simples) ou se faire de manière plus sale (mais probablement plus aisée) :
1. tu as choisi une inductance ;
2. tu choisis une valeur max d'ondulation du courant de sortie ;
3. tu en déduis la valeur de la fréquence de découpage ;
4. tu en déduis le besoin ou non de driver (cf post de Zenertransil).

[martinpsi]

Merci pour vos réponses et bonnes fêtes.

Que tu as une loi d'Ohm assez étrange
5V - 500Ohm, c'est plutôt 10mA que 40.

Ah oui effectivement, j'ai laissé trop de marge
J'ai réussi à trouver une bobine de 10mH donc une fréquence de 3k ou 7k Hz suffirait.

En admettant que la transconductance est telle que le courant nominal peut circuler dans l'espace DS avec Vgs=0,63E (où E est la tension avec laquelle on veut commander la grille, celle qu'on atteindrait en régime établi s'il existait), on passerait donc, sur les 40µs du cycle, 25% du temps dans les commutations. Je te laisse conclure et me dire si c'est réaliste/envisageable ou pas!

Quelle est la formule et la caractéristique correspondante dans le datasheet du transistor permettant de calculer le temps de commutation?

[Antoane]

Bonjour,

J'ai réussi à trouver une bobine de 10mH donc une fréquence de 3k ou 7k Hz suffirait.

Trouver une inductance de forte valeur n'est pas bien difficile, attention cependant aux courants max RMS (qui définie l'échauffement de la bobine) et de saturation (qui fixe la valeur pic du courant dans la bobine).

Il n'est pas rare de faire osciller un convertisseur buck présentant les mêmes caractéristiques que ton montage à des fréquence de l'ordre du MHz. Plus tu oscilles vite, plus la bobine employée peut-être petite (l'ondulation du courant est en 1/(fL) ). Or, une grosse bobine de puissance coûte cher.
Sans aller chercher de telles fréquences, pas aisé à atteindre a priori, tu peux sans trop de difficultés prévoir de découper à 50kHz (si ton contrôleur le permet). C'est un peu plus de travail, mais en PSI, on attend d'un TIPE d'être un minimum tourné vers l'industrie. Un chouilla de prise en considération des coups sera bienvenue.

Quelle est la formule et la caractéristique correspondante dans le datasheet du transistor permettant de calculer le temps de commutation?

Grossièrement calculé :
La résistance de grille Rg est dimensionnée de manière à protéger la sortie du circuit de commande.
Tu peux considérer que l'entrée du MOSFET est une capacité de valeur Ciss (soit, typiquement, 4nF pour http://media.digikey.com/pdf/Data%20...)039N03L_G.pdf -- première ligne de tableau en page 3).
Il faut 4.5V entre la grille et la source du MOSFET pour le rendre bien conducteur (ce sont les conditions de test minimales donnant la Drain-source on-state resistance -- bas de page 2).
Le dipole Rg-Ciss est attaqué par 5V, il faut donc qqch comme 2*Tau=2*Rg*Ciss pour atteindre cette tension -- c'est ton temps de commutation.

Avec un driver idoine, Rg passe à une dizaine d'ohms.

[martinpsi]

Merci pour vos conseils, je verrais ce que je peux améliorer à la rentrée après avoir fait quelques manipulations.

[martinpsi]

Bonsoir,

Je pense prendre éventuellement un driver, ce genre de modèle serait-il adapté?
http://www.conrad.fr/ce/fr/product/1...f=searchDetail

De plus, concernant l'inductance, ce type de modèle serait-il adapté aux alimentations à découpage?
http://www.conrad.fr/ce/fr/product/5...f=searchDetail
http://www.conrad.fr/ce/fr/product/5...f=searchDetail

Merci.

[Antoane]

Bonsoir,

Ces bobines ne conviennent pas, elles sont destinées à de l'anti-parasitage sur le secteur 50Hz.

Le driver http://www.produktinfo.conrad.com/da...04PI_DIP_8.pdf n'est pas de marque connue mais affiche des caractéristiques qui devraient te convenir.

Note que Conrad est un site réputé assez cher.

[martinpsi]

J'ai trouvé ce type de bobine: http://www.conrad.fr/ce/fr/product/4...f=searchDetail
Quel autre site internet est-il intéressant?

J'ai également modifié le montage en ajoutant un condensateur en parallèle de ma charge (module).


Toutefois, je n'ai pas d'idée sur son dimensionnement ni sur un modèle utilisable.

[DAUDET78]

Il me semble avoir lu quelque part que les Peltier n'appréciaient pas une alimentation en courant pulsé. Mais je ne sais plus pourquoi !

maintenant je me souviens ...... le rendement du Peltier se casse la figure !

En effet pendant la phase Off, la face froide est réchauffée par le contact thermique de la face chaude. En effet, le Peltier serait un très bon conducteur de la chaleur

[Antoane]

Bonjour,

Cette inductance parait effectivement plus appropriée. (http://www.produktinfo.conrad.com/da..._100myH_5A.pdf)

https://www.google.com/search?q=buck...F-8&gws_rd=ssl
Par exemple :
http://www.mouser.com/pdfdocs/buckco...designnote.pdf (assez complet)
http://rohmfs.rohm.com/en/products/d...on_appli-e.pdf et http://rohmfs.rohm.com/en/products/d...on_appli-e.pdf (plus simples)

RS-particuliers, Gotronic, Sélectronic... Sont des sites réputés plus pro. que Conrad. Farnell, Mouser, Digitkey... sont des sites très pro et rapides, mais les frais de ports sont, si je ne m'abuse, assez conséquents.

@Daudet : Merci pour l'info.

[martinpsi]

Merci beaucoup pour vos liens, cela m'a permis de déterminer un ordre de grandeur.

J'obtiens un lissage de ce type graph1.png graph2.png

Il me semble avoir lu quelque part que les Peltier n'appréciaient pas une alimentation en courant pulsé. Mais je ne sais plus pourquoi !

J'ai pu lire sur internet qu'effectivement les alimentations "tout ou rien" étaient fortement déconseillées.

Par rapport à cette problématique, les simulations présentées ci-dessus présentent-elles un résultat satisfaisant ?

J'ai acheté quelques composants pour un convertisseur Buck, si vous avez une autre idée pour le circuit d'alimentation, je suis preneur. Néanmoins, j'aimerai obtenir un résultat satisfaisant avec le circuit que j'avais prévu...

[DAUDET78]

Par rapport à cette problématique, les simulations présentées ci-dessus présentent-elles un résultat satisfaisant ?

ben non, tu as du PWM filtré . Donc le courant ne s’annule pas .

[martinpsi]

Donc le taux d'ondulation subsistant n'est pas "néfaste" pour le module?

[DAUDET78]

Aucunement, c'est le mode On/Off qui est nuisible. Durant la période Off, il y a conduction thermique entre le coté froid et le coté chaud qui entraine une perte énorme .

[Antoane]

Bonsoir,
Pourquoi utiliser un mosfet capable de tenir 250V ?
Un composant potimisé pour un paramètre (e.g. la tenue en tension) sera moins bon dans d'autres domaines (résistance à l'état passant, charge de grille).
http://www.infineon.com/dgdl/Infineo...2496c9548d199c

[martinpsi]

En tenant compte de vos remarques, quel modèle me conseillerez-vous d'acheter ?

[Antoane]

Bonjour,
Il te faut de préférence un composant moderne, tenant une tension d'au moins 30V (mais inutile de prendre plus de 60), pour une résistance à l'état passant inférieur à la dizaine de mOhm, par exemple un http://www.farnell.com/datasheets/1670320.pdf
tu peux aussi faire une recherche paramétrique, les moteurs de recherche de farnell, mouser et digitkey sont pratiques et ensuite voir quel copposant tu pêux acheter chez ton revendeur.
http://fr.farnell.com/jsp/search/browse.jsp