"Dimensionnement" convertisseur Boost 250W

[AmigaOS]

Bonjour

Je souhaiterais fabriquer un convertisseur boost avec les caractéristiques suivantes :
Entrée : 12V continue
Sortie : 72V, 3.5A continue

Dans le cas idéale si j’arrive à avoir des résistances parasites assez faibles pour les négliger, il me faudrait un rapport cyclique du découpeur d'environ 83%.
Mais avant de faire des calculs je me demande si un convertisseur booste peut bien fonctionner pour un telle rapport de tension entrée/sortie sous les 3.5A ?
Et quel type d’inductance prendre. J’aimerais en bobiner une moi-même, et j’ai vu qu’il y avait différentes couleurs associées à différentes matériaux pour différents domaines de fréquences. Sachant que j'aimerais faire fonctionner le montage entre 10kHz et 50kHz, pour moi les bleues rouge ou blancs seraient les mieux adaptées ?

Merci
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[inviteede7e2b6]

hello , quel est le but ?

[Antoane]

Bonjour,

Un rapport de 6 entre entrée-sortie commence à faire beaucoup... une topologie à transfo serait plus appropriée (e.g. forward).

La couleur des cores d'inductances n'est pas normée :

Attention au "code couleur": ce n'est pas comme pour les condensateurs, résistances, diodes, fils, etc.

Il n'y a pas de code internationament reconnu pour les matériaux magnétiques, et le code qu'utilise Amidon s'applique exclusivement aux produits Amidon.
Les chances d'en trouver d'en des récups sont nulles, ça se trouve chez les vendeurs de composants spécifiques aux radio-amateurs.

Pour les tores de poudres métalliques de puissance, il y a une sorte d'industry standard de fait: p.ex. jaune/blanc=poudre de fer, usage général, vert/bleu=MPP, etc.

tiré de : http://forums.futura-sciences.com/el...-une-self.html post#7

Le choix du matériau du core se fait après détermination des caractéristiques de l'alim :
- pertes acceptables (par hystérésis et courants de Foucault / Eddy) ;
- fréquence d'utilisation ;
- µ_r demandé ;
- autres.

Ce n'est qu'ensuite que tu peux choisir le core exact, en fonction de L, Imax, du bruit EM max acceptable (barreau ou tore ?)...

Sachant que j'aimerais faire fonctionner le montage entre 10kHz et 50kHz, pour moi les bleues rouge ou blancs seraient les mieux adaptées ?

Aucune idée. Peut-être qu'une datasheet aiderait.

[AmigaOS]

Ok merci pour les infos!
En en recherchant sur des sites comme aliexpress ou ebay, ils donnent très rarement les caractéristiques des tores. Toujours juste une référence complètement introuvable sur internet. Je pense que je vais faire encore des tests avec différentes tores que j’ai pour voire un peu...

[A voir en vidéo sur Futura]

[AmigaOS]

Bonjour

Grâce à un nouveau tore que j'avais commandé (45 x 27 x 15mm) j'ai fait des tests en variant la fréquence pour différents nombres de spires. Et j'ai pu atteindre 2.1A sous 59V! Mais qu'avec un rendement de 47%. Je me demande où son passé les 53% (c’est les élections ) restants et je pense qu'ils sont dissipés dans le mosfet puisque c'est lui qui chauffe le plus avec le radiateur. Le tore chauffe aussi mais plutôt peu disons 40°C après des heurs de tests.

Pour le MOSFET j'ai utilisé un IRF3205. Il est commandé par un driver de mosfet avec environ 8V. Le signal est nickel et bien carré. Normalement ça devrait donner un Rds(on) assez faible comparé à celui de la charge...
Qu'en pensez vous ?

[inviteab0c3c8c]

j'ai pu atteindre 2.1A sous 59V! Mais qu'avec un rendement de 47%.

Bonjour, je vois sur le datasheet que vous avez fourni, que le MOSFET a une tension de claquage de 55V (<59V). À mon avis, c'est la zener interne qui s'en prend plein les dents et qui explique une telle dégradation du rendement.

[invite01fb7c33]

Sans rire, un mos 55V pour un convertisseur boost qui doit sortir 72V, on aimerait voir le schéma.
Sur un boost classique la tension vu par le mos est égale à Vout + la tension seuil de la diode, plus quelques tensions aux bornes des inductances parasites (Câblage, esr condensateur de sortie...). En gros, dans ton cas il faut au moins un mos 80v.

[AmigaOS]

AAAh! J'avais même pas remarqué ça! Pour moi le MOS était du côté gauche du schéma (vers le 12V) et j''y ai plus réfléchis. Pendant ce temps je me suis cassé la tête sur 1000 autres éventuels problèmes...
Merci, je teste ça ce WE.

[bobflux]

Il faut au moins un MOS de 100V...

Le problème du boost avec un Vout/Vin et un courant aussi élevé c'est que le rapport cyclique sera pas terrible et que le courant dans l'inductance sera énorme.

Exemple pour ton calcul sans perte : Tu as un rapport cyclique de 83%, donc la diode conduit 17% du temps => Pour avoir 3.5A en sortie, le courant moyen dans l'inductance doit être de 21 Ampères... sans compter l'ondulation du courant.

Donc tu dois choisir un MOS de 30A, 100V ! Et ce MOS sera beaucoup moins performant qu'un MOS de carte mère de PC (30A, 20-40V)

Comme les pertes par commutation sont proportionnelles à V*I, et que V=73V, I=25A, elles seront beaucoup plus élevées que sous 12V... surtout avec un MOS plus lent...

Donc tu vas choisir une fréquence plus basse, mettons 25 kHz comme dans les années 1990, et pour avoir un courant d'ondulation gérable (disons +/- 5A) il va te falloir dans les 50 µH... Elle devra être assez grosse pour ne pas saturer...

Alors que bon, un transfo en push pull avec des MOS de carte mère de PC, et des diodes à la sortie...

[AmigaOS]

Merci pour le commentaire ! (:

Je me demande pourquoi des transistors 100V au lieu des 80V, alors qu’à 55V ils ont résisté ? C’est pour avoir une marge et être vraiment sure que rien ne pète ou plus pour le fonctionnement du montage ? (au cas où: j'ai bien compris pourquoi les 55V ne sont pas assez)
C’est parce qu’en faite j’ai des 75V, 120A, 0.0045ohm chez moi. (pas encore testés)

J’ai aussi une autre question sur le condensateur à utiliser. J’avais entendu qu’il y avait une espèce de limite d’ondulation en courant qu’on ne doit pas dépasser. Pour ça l’inductance "élevé" de 50µH ? Faut t-il que je prenne aussi un condo au dessus d’une certaine valeur ? Même question pour le condo de découplage de l’alime. (si on l’appelle vraiment comme ça)

[invitee05a3fcc]

Je me demande pourquoi des transistors 100V au lieu des 80V, alors qu’à 55V ils ont résisté ? C’est pour avoir une marge et être vraiment sure que rien ne pète ou plus pour le fonctionnement du montage ?

D'une manière générale, un composant qui est spécifié à 55V (par exemple) ne mourru pas à 56V !
Si tu prends un échantillon précis, il tournera définitivement de l'oeil pour une tension plus élevé (65V ? 86V? 95V?) . En utilisant un composant à une tension plus élevée que la spécification , tu prends un risque non quantifié. Tu as joué, tu as gagné ! Mais la prochaine fois, avec une autre pièce avec la même référence, tu peux perdre !

[Antoane]

Bonjour,

Je me demande pourquoi des transistors 100V au lieu des 80V, alors qu’à 55V ils ont résisté ? C’est pour avoir une marge et être vraiment sure que rien ne pète ou plus pour le fonctionnement du montage ? (au cas où: j'ai bien compris pourquoi les 55V ne sont pas assez)

Lorsque tu dépasses la tension max acceptable par un transistor bipolaire ou une diode, cela le détruit, ou à minima l'endommage irrémédiablement. Dans le cas d'un MOSFET, ce n'est pas le cas : le composant passe alors en avalanche et se comporte comme un mosfet idéal avec une diode zener entre drain et source (cf. post 6). de là :
- le composant chauffe (c'est un régulateur shunt) ;
- la tension de sortie est clampée à cette tension d'avalanche (c'est un régulateur shunt).
Ton mosfet est "Fully Avalanche Rated" :
- I_AR Avalanche Current (1) : 62 A
- E_AR Repetitive Avalanche Energy (1) : 20 mJ
- (1) : Repetitive rating; pulse width limited by max. junction temperature.
Ce qui signifie que ce mode de fonctionnement n'endommage pas le composant, tant que les contraintes de température max sont respectées.

J’ai aussi une autre question sur le condensateur à utiliser. J’avais entendu qu’il y avait une espèce de limite d’ondulation en courant qu’on ne doit pas dépasser. Pour ça l’inductance "élevé" de 50µH ? Faut t-il que je prenne aussi un condo au dessus d’une certaine valeur ? Même question pour le condo de découplage de l’alime. (si on l’appelle vraiment comme ça)

Le condensateur au primaire ne voit que le courant d'ondulation de la bobine. La valeur RMS de ce courant est limité par la datasheet du composant (question de dissipation thermique, me semble-t-il). Deux moyens pour le diminuer :
- augmenter la fréquence de découpage ;
- augmenter l'inductance.
Le problème est le même au secondaire, à ceci près que le condensateur doit alimenter la charge seul lorsque le transistor est ON et que le courant de sortie est inférieur au courant d'entrée (sauf cas très particulier du genre action divine). Les remèdes sont les mêmes.

Bob inf/conirmera au besoin

[bobflux]

Concernant la spec de tension du MOS, il ne faut pas oublier que quand il se bloque, le courant dans l'inductance va devoir trouver son chemin à travers la diode et vers le condensateur de sortie, ce qui prend "un certain temps" :

- Une diode ne devient pas passante instantanément
- Le courant dans la branche "diode-capa-retour masse" doit passer de 0 à beaucoup très vite, or il y a toujours une inductance parasite.

Tout ça créé un pic de tension qui sera plus ou moins important en fonction des composants, du layout, et pas trop prévisible... si ce pic est assez petit, il ne se passe rien, ou sinon le MOS le shunte (en mode avalanche, il joue le rôle d'une zener). Donc le layout influence directement le rendement via la quantité d'énergie perdue à ce moment là. Si le layout est vraiment pourri ou le MOS pas assez costaud, il pète.

D'une manière générale dans un convertisseur à découpage il y a toujours des pics de tension donc c'est pas une mauvaise idée de se rajouter une marge de sécurité sur les tensions limites des composants...

> Le problème est le même au secondaire, à ceci près que le
> condensateur doit alimenter la charge seul lorsque le transistor est ON

Oui, là ton condensateur de sortie va manger 20-25A de "ripple current" ... vu la tension élevée, pas possible de faire appel aux capas style "carte mère de PC", donc ce sera un peu plus cher... Note que plusieurs petites capas c'est mieux qu'une grosse (l'inductance une fois en parallèle est plus faible, et le rapport volume/surface est plus favorable pour le refroidissement, car les gros transpirent plus que les maigres...)

Pour l'entrée en 12V tu peux mettre ça :

http://www.digikey.fr/product-detail...718-ND/2207254

Pour la sortie, ça risque d'être un peu plus cher...

[bobflux]

J'ai encore oublié, en fait le ripple current en sortie est crète-crète, donc en RMS ça fait un peu moins...

[AmigaOS]

Note que plusieurs petites capas c'est mieux qu'une grosse (l'inductance une fois en parallèle est plus faible, et le rapport volume/surface est plus favorable pour le refroidissement, car les gros transpirent plus que les maigres...)

Merci pour l’info, je viens de regarder une doc. d’une série de condensateurs... Je vais finalement faire un banc de 100 condensateurs de petite taille qui devrait largement tenir ce ripple current. (Ca m’arrange beaucoup pour la place aussi)

Une diode ne devient pas passante instantanément

Après beaucoup de tests avec différentes fréquences et différents bobinages, avec le nouveau transistor, j’arrivais pas à dépasser les 57% de rendement pour des puissances élevés. Par désespération j’ai essayé de changer la diode (on sait jamais). Et là, 89% dés le 1er test !
J’avais au début une BY329X 1500S, et je l’ai remplacé par une STTH3R02. Pourtant celle d’avant ne chauffait que très peu. Quelqu’un a une idée quelle est la différence entre les deux pour que ça change tan ?

[Montd'est]

Quelqu’un a une idée quelle est la différence entre les deux pour que ça change tan ?

Le Vf est un peu plus petit sur la nouvelle mais surtout le Reverse recovery time "trr" n'a rien à voir ! !

- Attention au courant, c'est pas assez.

[AmigaOS]

Oui il est bien plus petit, mais bon, si je teste à 50kHz (j'ai fait avec moins) les 230ns font que 1.15% de la période totale, ça peut influencer tan que ça ?

[invite01fb7c33]

Le Trr de la diode est un critère très important. Quand le MOS est conducteur, la diode se comporte comme un court-circuit jusqu'à ce que touts les porteurs aient évacuer la jonction. Cela ne fait pas chauffer la diode, en sens inverse elle est en court-circuit, donc pas de tension de seuil pendant Trr, par contre le mos décharge le condensateur de sortie, ce qui provoque une perte de rendement considérable. Le problème ce voit moins en baissant la fréquence, parce que ce court-circuit se répète moins souvent.