Diode de protection dans transfo à découpage avec 2 primaires.

[AmigaOS]

Bonjour

Dans le cas d’un moteur électrique commandé par une PWM on utilise souvent une diode de roue libre qu’on met aux bornes du moteur pour éviter que des retours de tension élevés en inverse détruisent le transistor qui commute.
Je me demandais ce qu’il faudrait faire comme protection dans le cas où la "charge" est un transfo à découpage avec deux primaires.
Je pense qu’avec une diode de protection aux bornes des entrées du transfo, ça tendrait (à cause de l’inductance du transfo) à lisser le courant dans le transfo (pas bon). Est-ce qu’il est suffisant de placer une diode aux bornes des transistors ?...
Et 2ème question : Quel courant ces diodes devront pouvoir supporter par rapport à celui qui circule dans le transfo ?



merci
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[invitee05a3fcc]

Les diodes sont intégrés dans les NMOS ......
Par contre, la commande des grilles des NMOS est assez iconoclaste !

[Montd'est]

Ces diodes intégrées ou pas (si tu prenais des transistors bipolaires) ne servent à rien dans le cas d'un convertisseur push pull à ce que je saches.

Ce que tu peux faire au mieux c'est utiliser des snubbers entre drain et source et/ ou bobiner minutieusement le transfo de façon à minimiser l'inductance de fuite.

** Il manque du découplage "de puissance" je sais pas si ça se dit.

[invite5637435c]

Bonjour,

ton montage est un push-pull, pas besoin de diodes avec cette structure.
Un léger snubber est à prévoir et dépend des caratéristiques de ton transfo, de ta fréquence et des courants en jeu.
Comme dit avant par Daudet et Mond'est il faut ajouter une capa réservoir sur le 12V et prévoir un temps mort pour éviter une conduction simultanée qui serait désastreuse.
Je te conseille d'utiliser un UC3525A pour piloter tes 2 mos sans danger.

[A voir en vidéo sur Futura]

[AmigaOS]

Bonjour

J’ai fait quelques tests. J’ai câblé le montage sans diodes de protection et le circuit à fonctionné. Ce que j’ai dessiné dans mon 1er schéma avec l’inverseur n’était que schématique. J’ai utilisé un driver de mosfet MCP14E5 qui inverse un signal sur les 2. Mais j’ai quand même quelques effets bizarres.
Voici les oscillogrammes de la tension entre D et S d’un des 2 mosfets.
Le 1er est quand le transfo est à vide et le second en charge.

CIMG2401.JPG CIMG2400.JPG

La fréquence est 20kHz. Au maximum il y a environ 60V sur le montage en charge. Pourtant le circuit est alimenté en 12V. A à vide se rajoutent même des pentes bizarres avec des grandes sur-oscillations mais très courtes. C’est pour supprimer ça que servent les snubbers ?

J’ai remarqué qu’un transistor sur 2 chauffait. Et c’est celui qui conduit pendant l’alternance la plus longue. J’ai résolu ce problème en ajoutant un potentiomètre dans le montage avant avec lequel je règle précisément le "rapport cyclique" pour avoir précisément 50%.

J’ai un autre problème :
J’ai bobiné le transfo moi-même. 2*7 spires au primaire (pour 12V) et 42 au secondaire (pour 72V). Avec du fil de cuivre de section 0.8mm. Grace à une technique j’ai réussi à mesurer que la résistance du fil du secondaire faisait seulement 0.1ohm. Mon générateur peut délivrer autant de courant que nécessaire. Et pourtant j’ai l’impression d’avoir beaucoup de pertes dans ce transfo, pour des courants pas ci élevés que ça. Voir caractéristique que j’ai relevé :

secondaire.PNG

Après pleins de tests l'un des 2 mosfets a finalement quand même grillé. ^^

[invite6a6d92c7]

Tu me fais un peu peur, là : l'alternance la plus longue ?!! Le principe des convertisseurs symétriques, c'est que le noyau est parcouru par un flux purement alternatif, on force la composante continue à zéro! De ce fait, on règle bien le rapport cyclique des deux transistors, mais ils doivent avoir exactement le même!

Lorsque tu appliques de l'alternatif pur à ton transfo, en régime établi, la magnétisante fait son job et limite le courant à vide (indépendamment du courant utile). Si tu ajoutes une composante continue, elle va retarder la montée du courant, mais seulement la retarder : la composante continue <u>, même petite, introduira en régime établi un courant continu <i> = <u>/R dans le transfo! Comme tu l'as vu, la résistance R est très petite, donc il y a intérêt à ce que la composante continue soit aussi proche de 0 que possible. Parce que :

-Cette composante continue peut entraîner un fort courant, continu, indépendant du courant à vide, qui vient surcharger les transistors, et faire chauffer le transfo par effet Joule
-Cette composante continue entraîne une composante continue de flux qui "remonte" le point de fonctionnement sur la caractéristique d'aimantation, et a de fortes chances de l'amener en saturation -> Dégradation totale du fonctionnement (dans les zones où on est saturé, l'inductance est nulle!)


Voilà pourquoi tu crames tes transistors et que ton transfo chauffe! Dans les convertisseurs asymétriques, on prévoit bien la démagnétisation, on respecte l'angle de garde s'il y a lieu (forward par exemple), et c'est bon, l'angle d'extinction du courant dans la magnétisante va dépendre de la commande, mais tant qu'on s'assure qu'il arrivera avant la reprise (fonctionnement en démagnétisation complète), ça marche bien. Sur un convertisseur symétrique, par définition, on évite d'avoir cette période de démagnétisation où, même si on récupère l'énergie, on n'en transmet pas à la charge, donc on optimise mal le cuivre (pour rester simple).

Mais c'est bien plus exigeant sur la commande! Une électronique de contrôle adaptée asservit la tension de sortie, mais aussi la valeur moyenne du courant primaire, pour s'assurer qu'elle soit toujours nulle. En effet, ta commande aura beau être super symétrique, si le reste du montage ne l'est pas (transfo pas tip top, etc), le problème revient! Le seul moyen de s'en affranchir, c'est de contrôler en permanence.


Pour les petites pointes que tu vois aux commutations, ça vient de l'inductance de fuite. Effectivement, pas besoin de diodes sur le push-pull, car la conduction reprend au secondaire quand elle se coupe au primaire, il n'y a pas de discontinuité de flux. En théorie... Mais le couplage des enroulements n'est jamais idéal, et une inductance de fuite apparaît. Pendant la conduction, elle stocke de l'énergie, et il faut bien qu'elle la relâche d'une façon ou d'une autre! Il me semble que la surtension est principalement limitée par la C_DS des transistors, mais ce n'est pas évident à gérer. Il vaut mieux ajouter un petit snubber bien calculé!


J'ai la vilaine impression que ton driver n'est absolument pas adapté (je ne le connais pas, j'ai juste regardé son schéma synoptique et surtout l'étage de sortie), et qu'il y a un gros os...

[invite5637435c]

Oui c'est juste et pour mener à bien ce genre de montage et le mettre au point il te faut une sonde de courant pour visualiser ce qui se passe concrètement dans les commutateurs et les bobinages primaires.
Si la valeur moyenne du courant n'est pas nulle, ton transformateur risque la saturation de son noyau à charge nominale (ou même bien avant) et tes transistors vont trépasser rapidement.
Un bon indice lorsqu'on a pas de sonde (elle coûte très chère) est la consommation à vide et à 50% de charge, si ton rendement s'écroule c'est que le produit tension*courant lors des transitions est excessif.
Je te conseille de mette un snubber (aux bornes de drain et source de chaque Mos) à la vue de tes pics de l'ordre de 10nF + 220 Ohms/2W.
Il faut aménager un "dead time" entre chaque commande, de l'ordre de 100µs~500µs, surtout si tu utilises un driver qui va réduire les temps de montés des MOS.
Bobiner un transfo push-pull est un art, le couplage doit être impeccable, le mieux pour prototyper est le torique et il te faut un inductancemètre pour pouvoir appairer les 2 demi-primaire finement puis mesurer l'inductance de fuite, ou coefficient de couplage.
Ce qui est important aussi est le choix du nombre de spires que tu as pris, il ne se détermine pas au hasard mais en fonction de ton noyau magnétique, de la nature de ta charge, du courant max de sortie, de la fréquence, etc.
Pas très étonnant que ton transistor ait lâché si toutes ces étapes n'ont pas été abordé consciencieusement...
Il faut utiliser les bons matériels (ampèremètre en entrée et sortie, oscilloscope, sonde de courant) et progresser lentement, lorsque chaque étape est passée avec succès tu peux augmenter doucement la puissance puis contrôler si tout est conforme aux attentes et ce jusqu'au bout.
Sans pouvoir visualiser le courant qui circule dans chaque bobinage c'est juste mission impossible pour mettre au point un transformateur push-pull...

[invite5637435c]

Et je ne parle même pas du câblage du proto qui doit limiter les inductances parasites, les couplages capacitifs, etc.

[AmigaOS]

Voilà pourquoi tu crames tes transistors et que ton transfo chauffe

Enfaite je l’avais grillé plusieurs tests après avoir réglé le 50%, au moment d’un démarrage du système.

les convertisseurs asymétriques, on prévoit bien la démagnétisation, on respecte l'angle de garde s'il y a lieu (forward par exemple), et c'est bon, l'angle d'extinction du courant dans la magnétisante va dépendre de la commande, mais tant qu'on s'assure qu'il arrivera avant la reprise (fonctionnement en démagnétisation complète), ça marche bien.

Si je comprends bien, après la fin de la commande d’un enroulement il faut attendre que le métal se démagnétise avant qu’on actionne le 2ème enroulement. ?

Choisis un travail que tu aimes, et tu n'auras pas à travailler un seul jour de ta vie

Whaaaat? Je fais pas ça pour le travail^^ C’est un bricolage pour moi.

Oui c'est juste et pour mener à bien ce genre de montage et le mettre au point il te faut une sonde de courant pour visualiser ce qui se passe concrètement dans les commutateurs et les bobinages primaires.

J’ai eu un peu de temps pour faire rapidement quelques tests et j’ai mesuré que le courant moyen du système entier, sans transfo, et avec transfo à vide. Résultat :
Sans transfo (l’électronique seule) : 0.13A
Avec transfo à vide : 4A
Donc à peu près 3.9A dans le transfo. (Bon y a légèrement un problème ^^)

Voici l’oscillogramme du courant (tout le système) :
Courant Transfo à 20kHz.JPG

Si la valeur moyenne du courant n'est pas nulle, ton transformateur risque la saturation de son noyau à charge nominale (ou même bien avant) et tes transistors vont trépasser rapidement.

Je pense qu’elle l’est parce que les transistors ne s’échauffent plus. Par la suite j’améliorerais surement le système pour qu’elle s’autocompense.
Uniquement dans le but de voir si ce n’est pas ça le problème je l’ai fait varié de quelque chose du genre 48% à 52%. Et le courant est descendu de 4.1A à 3.9A et puis est remonté. Mais j’arrive pas à descendre en dessous.

Je te conseille de mette un snubber (aux bornes de drain et source de chaque Mos) à la vue de tes pics de l'ordre de 10nF + 220 Ohms/2W.

J’ai testé vite fait 4 combinaisons :
10nF + 220 Ohms
10nF + 68 Ohms
100nF + 220 Ohms
68 Ohms +100nF
Mais le signal Vds est resté quasi le même.

Il faut aménager un "dead time" entre chaque commande, de l'ordre de 100µs~500µs, surtout si tu utilises un driver qui va réduire les temps de montés des MOS.

100 à 500 ns plutôt ? La période ne fait que 50µs.

J’ai une petite idée d’où pourrait venir en parie peut être le problème du courant : Pour le primaire j’ai utilisé (2x) 3 fils en parallèles, puisque j’avais pas de fil de diamètre je ne sais combien... Je viens de calculer que si un de ces fils est enroulé de 4mm de plus que les autres autour du noyau, alors la ddp entre le fil le plus long et le plus court engendre (si on les relies) un courant de 2.5A (en comptant que 2 fils au lieu de 3 qui sont en parallèles) Et dans mon transfo j’ai justement placé les 3 fils côte à côte (même si c'est un peu moins de 4mm).

transfo.PNG

Autre test que j’ai fait : J’ai varié la fréquence de fonctionnement de 2kHz à 100kHz, et je remarque que la tension de sortie reste exactement la même mais le courant consommé varie beaucoup ! Il diminue jusqu’à 1.8A à 57kHz et ré-augmente pour des fréquences plus grandes.

PS : Je ne peux pas tout calculer concernant le transfo parce que je ne connais pas tous ses caractéristiques. Je l’ai récupéré dans une alime de PC de 440W. J’essaie de faire beaucoup de choses expérimentalement. (Pas tout quand même )

[invite6a6d92c7]

Bonsoir,

Si je comprends bien, après la fin de la commande d’un enroulement il faut attendre que le métal se démagnétise avant qu’on actionne le 2ème enroulement.

Ce n'est pas ce que je dis, et surtout, tu cites un passage où je parle des convertisseurs asymétriques, dont ne fait pas partie le push-pull! De plus, "attendre que le métal se démagnétise" ça ne veut pas dire grand chose : c'est à toi de le démagnétiser si c'est nécessaire! Et il ne faut pas confondre deux choses : l'énergie stockée dans la magnétisante (grande, se réduit en augmentant le nombre de spires au primaire), qu'on cherche à récupérer, et celle stockée dans les inductances de fuites (petite), qu'on cherche à minimiser en bobinant de façon soignée (et avec des artifices type enroulements bifilaires), et à dégager rapidement ce qui reste pour ne pas endommager les semiconducteurs.

Un push-pull en MLI, ça se commande traditionnellement ainsi : enroulement 1 de 0 à αT/2, puis temps mort de αT/2 à T/2, puis enroulement 2 de (α+1)T/2, puis temps mort. Ton circuit de commande ne te permet pas de le faire, il n'est absolument pas approprié pour l'usage que tu en exiges! Une telle commande permet de dissocier le contrôle de la valeur moyenne, qui donne le flux moyen dans le primaire, et la valeur moyenne d'une demi-période, qui donne la tension de sortie...
Or, dans la séquence citée précédemment, on ne va jamais taquiner les temps morts nuls, on fixe une butée supérieure, l'écart entre les deux est le dead-time dont te parle Hulk!

C'est peut-être moins évident à voir que sur les convertisseurs en pont, mais le push-pull n'échappe pas à la cross-conduction! Avec une commande qui force le basculement instantané d'un enroulement sur l'autre, ça ne peut pas fonctionner correctement.

[jiherve]

Bonjour,
7 spires sur le primaire et à 20Khz ???
Quel noyau?
JR

[AmigaOS]

Ce n'est pas ce que je dis, et surtout, tu cites un passage où je parle des convertisseurs asymétriques, dont ne fait pas partie le push-pull! De plus, "attendre que le métal se démagnétise" ça ne veut pas dire grand chose : c'est à toi de le démagnétiser si c'est nécessaire! Et il ne faut pas confondre deux choses : l'énergie stockée dans la magnétisante (grande, se réduit en augmentant le nombre de spires au primaire), qu'on cherche à récupérer, et celle stockée dans les inductances de fuites (petite),

On voit que je suis parfaitement informé sur le vocabulaire
Démagnétiser, c’est en coupant le courant pendant les dead-times ?

qu'on cherche à minimiser en bobinant de façon soignée (et avec des artifices type enroulements bifilaires), et à dégager rapidement ce qui reste pour ne pas endommager les semiconducteurs.

C’est quoi exactement les enroulements de type bifilaires ? Deux fils côte à côte qui forment les 2 enroulements ou deux fils côte à côte qui sont en parallèles pour supporter plus de courant ?

C'est peut-être moins évident à voir que sur les convertisseurs en pont , mais le push-pull n'échappe pas à la cross-conduction! Avec une commande qui force le basculement instantané d'un enroulement sur l'autre, ça ne peut pas fonctionner correctement.

Ça va faire partie de mes prochains tests, les dead-times.

Bonjour,
7 spires sur le primaire et à 20Khz ???
Quel noyau?
JR

Un noyau de transfo d’alime de PC de 440W en ferrite, dont je ne connais pas ses caractéristiques. 2* 7 spires pour 12V au primaire...

[invite5637435c]

Un noyau de transfo d’alime de PC de 440W en ferrite, dont je ne connais pas ses caractéristiques. 2* 7 spires pour 12V au primaire...

Ne t'engage pas sur ce chemin tu dois d'abord apprendre et comprendre comment ces montages fonctionnent sans quoi tu vas vite être écoeuré...
400W en push-pull pour une alim de PC j'en doute fort, le push-pull n'est pas rentable a cette petite puissance.
Je verrai plus un forward 4 transistors et pas a 20khz mais 200khz
Une photo de ton truc?
@

[jiherve]

Bonsoir,
A mon avis c'est un peu court mais comme le caractéristiques du noyau sont inconnues comment as tu déterminé qu'il fallait 7 spires par demi primaire?
JR

[AmigaOS]

Bonsoir,
A mon avis c'est un peu court mais comme le caractéristiques du noyau sont inconnues comment as tu déterminé qu'il fallait 7 spires par demi primaire?
JR

Je l'ai pas déterminé, j'ai directement testé.

400W en push-pull pour une alim de PC j'en doute fort, le push-pull n'est pas rentable a cette petite puissance.
Je verrai plus un forward 4 transistors et pas a 20khz mais 200khz
Une photo de ton truc?

Moi c'est plutôt pour 200W...
C'est moi qui l'a bobiné comme ça. Et les 20kHz, c'est moi qui les a choisis comme ça aussi. Pour l'instant je peux que la faire varier pour trouver quand le rendement est max ou le courant à vide au minimum... Expérimentalement quoi. Comment il était commandé avant je ne sais pas.
Je pourrais faire des photos qu'à la fin de la semaine. Le noyau fait à peu près 4cm*5cm*1cm(extérieur) en ferrite entouré de papier jaune. Il vient d'une alim de la marque "be quiet".

[AmigaOS]

J’ai rajouté des petits dead-times, et ça n’a pas beaucoup changé sur le courant (un peu quand même).
Ensuite j’ai re-bobiné un 2ème transfo à l’arrache sur un 2ème noyau également issus d’une alime de PC. J’ai commencé par les mêmes nombres de spires. Et au 1er test j’ai directement obtenu des énormes améliorations ! Le courant à vide est passé de 4A à 0.102A ! Ensuite J’ai un signal presque carré en sortie avec un petit dépassement très court. Peut-être que dans l’ancien 2spires étaient en court-circuit... Par contre en charge (à 100W) je retrouve encore 2x moins de puissance en sortie. Je vais continuer à jouer sur le nb de spires.
Autour du nouveau noyau étaient bobinés 46 spires pour l’entrés (avant mon re-bobinage). Je pense pour le 230V redressé (325V) ce qui ferait 7 V/spire soit 0.141spires/Volt...

La tension de sortie à vide :
CIMG2411.JPG
Les max c'est ±100V

La tension de sortie en charge à 100W :
CIMG2410.JPG
Même nombre de V/carreau que précédemment. On voit l'atténuation.
Les dead-times sont pas parfaitement égaux, mais la valeur moyenne est réglé à 0.

[AmigaOS]

Re-bonjour
Après beaucoup de tests j’avais réussi à atteindre un rendement d’environ 70%, mais malheureusement que pour des faibles puissances (20-40W). Du coup maintenant j’essaye autre chose...
Voici le signal d'entrée que j’avais réussi à produire :