Commutation mosfet, problème établissement du courant

[invitefe912294]

Bonjour à tous,
Je me présente: je suis étudiant et je dois réaliser un interrupteur électronique pour mon projet. L'objectif est de couper un circuit type RL transitant quelques ampères (au moins un) en moins de 300ns.
J'aimerais d'abord couper un circuit dont la charge est uniquement résistive. Pour ce faire, j'ai réalisé le montage en PJ. J'ai à ma disposition des mosfet de ST (datasheet en PJ) (mon interrupeteur doit supporter 400V).
N'arrivant pas à faire commuter mon mosfet dans le temps souhaité, j'ai décalé la tension de d'alim de mon driver (en PJ). J'ai isolé GBF, oscillo et sonde de courant de la terre.
Malgré cela je n'arrive pas à commuter assez rapidement. Je vous joins mes relevés d'oscillo. En bleu foncé c'est le courant, en bleu clair la tension, f=100Hz, vds=12V, vgs=15V, 1A/div.
J'obtiens un temps de montée/descente de plusieurs µs alors que la datasheet du mosfet indique qq ns. Pouvez-vous m'éclairer sur ce problème?
Merci d'avance
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[invitefe912294]

Ci-joint la suite des relevés.
Pour le courant ig, l'échelle est de 0.2A/div.

[invitee05a3fcc]

Commence par retirer le RC et la zener aux bornes du NMOS
Ton alimentation -3V n'est pas utile
Quelle est le temps de monté/descente du GBF?
C'est bien joli tes photos, mais on ne sait pas où est prélevé le signal . Toutes les photos ont quasiment le même nom !
Comment est constitué la résistance de charge ? Si c'est de la résistance bobinée, GOTO poubelle ! Il faut utilisé de la résistance en couche mince
Une photo de la maquette de test ?
Quelles sont les caractéristiques de la sonde de courant ?

[bobflux]

Sans légendes ou explications, impossible d' interpréter les traces d'oscillo.

Et en effet, il faut une photo du layout...

Comment la résistance de charge peut-elle faire 3 ohms si la tension est de 400V? Ça fait un courant monstrueux.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitee05a3fcc]

Comment la résistance de charge peut-elle faire 3 ohms si la tension est de 400V? Ça fait un courant monstrueux.

Il fait un test avec une alimentation 12V DC

[invitefe912294]

Je dois préciser que je connais qq bases en électronique mais mes connaissances ne sont pas approfondies.

Quelle est le temps de monté/descente du GBF?

Le temps de monté (tr) et descente (tf) du GBF est de quelque µs (voir PJ).

C'est bien joli tes photos, mais on ne sait pas où est prélevé le signal .

Le courant est prélevé comme indiqué sur mon schéma, la tension correspond à Vds, pour le courant de gate j'ai représenté un rond rouge sur mon schéma.

Comment est constitué la résistance de charge ?

J'utilise la résistance en PJ.

J'ai réalisé le montage sur une plaque à pastille, il y a beaucoup d'encombrement du aux condensateurs.

Quelles sont les caractéristiques de la sonde de courant ?

La sonde est une AM5003 de tektronix, tu entends quoi par caractéristiques?

[invitefe912294]

suite des PJ

[invitee05a3fcc]

Tu es gentil, tu mets un nom de fichier pour chaque photo qui indique ce que ça représente
Je ne vois pas la 3 ohm
Tu n'as pas retiré le RC et la zener

Pour tester une commutation de 100ns, on n'utilise pas un générateur à 1µs

tu entends quoi par caractéristiques?

Un lien WEB sur sa notice

[invitefe912294]

J’espère mieux me faire comprendre avec ces noms de fichier...

Je ne vois pas la 3 ohm

En faite j'ai mis trois fois 1 ohm.

Le lien de la sonde: http://docmesure.free.fr/manuels/Tek...3%20AM5003.pdf

Tu n'as pas retiré le RC et la zener

Non car je pense éviter les oscillations avec, ça peut influencer mon temps de commutation?

Pour tester une commutation de 100ns, on n'utilise pas un générateur à 1µs

Même si mon driver commute la tension et fournit le courant en qq ns?
(précison signal gbf: pwm 0-5V, RC=10%, f=100Hz)

[invitefe912294]

La suite...

[bobflux]

Comme le driver de MOSFET redresse les flancs (il y a un schmitt dedans), le temps de montée du GBF n'est pas critique. 1 µs conviendra parfaitement.

> La sonde est une AM5003 de tektronix, tu entends quoi par caractéristiques?

La bande passante du système complet sonde + amplificateur, et son temps de montée. Si tu ne connais pas cette spécification, les mesures ne servent à rien. On va donc ignorer les mesures à la sonde de courant.

Maintenant, les autres traces, celles du post 2:

"tf vds 11V 3ohm gif"

Ch2 est à 10V/div, donc on a une impulsion de 30V (3div) or la légende précise une alim de 11V. Donc, inexploitable.

"tr vds 12V 3ohm gif"

Ici, on a bien 12V, et un flanc à 25 ns environ sur Vds, donc la commutation marche bien, c'est rapide. L'origine des deux bosses après la commutation est à expliquer...

[invitee05a3fcc]

En faite j'ai mis trois fois 1 ohm.

Quel type de résistance ????

Le lien de la sonde:

Quel modèle ! I l y en a six A63xx

Non car je pense éviter les oscillations avec, ça peut influencer mon temps de commutation?

ben oui ! Ca limite le dv/dt ....

Même si mon driver commute la tension et fournit le courant en qq ns?

ben oui ! un driver, ce n'est qu'un amplificateur
PS : l'entrée de ton scope reliée à la sonde, elle est bien chargée en 50 ohm ?

[bobflux]

Le snubber est entre D et S et a une résistance de 330 ohms, au pire il ne sert à rien, au mieux il amortira les oscillations LC, mais il ne ralentira pas la commutation...

Et ce driver redresse les flancs (comme le ferait une porte logique), ce n'est pas un bête suiveur.

A+

[invitefe912294]

Quel type de résistance ????

J'utilise trois RCH 50 de 1ohm.

Ma sonde est la A6302: http://exodus.poly.edu/~kurt/manuals...nstruction.pdf
Oui, j'ai pensé à mettre l'entrée de mon scope à 50ohm.

[invitefe912294]

"tf vds 11V 3ohm gif"

Ch2 est à 10V/div, donc on a une impulsion de 30V (3div) or la légende précise une alim de 11V. Donc, inexploitable.

C'est pourtant ce que j'obtiens, un pic de tension à environ 30V (limité par la zener de 27V)...

"tr vds 12V 3ohm gif"

Ici, on a bien 12V, et un flanc à 25 ns environ sur Vds, donc la commutation marche bien, c'est rapide.

Ma tension est bonne oui, mais pas mon courant =(

[bobflux]

EEEEh bien, OK, la doc de la sonde donne : BW 50 MHz, temps de montée 7ns, donc c'est correct. Tu aurais dû vérifier avant

Bon. Les traces de Vds indiquent une commutation très rapide (25...50 ns). Le courant de grille confirme : le pic de courant qui charge la grille dure dans les 60ns. Donc, la commutation est rapide.

Donc, la lenteur dans le changement de Id vient soit d'une erreur de mesure, soit d'une inductance dans la charge, soit d'un autre facteur.

Si je regarde "tr id 12V1Apardiv"

Imax correspond à 3A à peu près donc cohérent avec 12V/(3 ohms + RdsON + câbles).

Au début de la montée, en 0.8µs, le courant monte de 2A, donc 2.5A/µs, ce qui nous donne 4.8 µH. C'est fort suspect, à moins que les fils ne soient fort longs. Mais c'est difficile de lire le graphique, la résolution est trop faible. Tu devrais mesurer le temps que met le courant pour passer de 0A à 1A.

Mesure à faire (2 canaux) : Id, et Vgs. Montant et descendant. Mets la transition à gauche, qu'on voit ce qui se passe ensuite.

Poste une photo du montage complet, incluant les fils jusqu'à la résistance, stp. Si tu peux, inclus un double décimètre pour l'échelle.

D'autre part, la courbe n'a pas une bonne tête de réponse de système RL d'ordre 1, on voit clairement deux constantes de temps. J'ai l'impression que la longue convergence vers le courant final inclut le temps de réponse de l'alim. Donc, mesure la tension sur les condensateurs de l'alim, lors de la commutation (montant ET descendant). Normalement, ça devrait rester à 12V... ou pas. Tu y trouveras peut-être bien ton 30V...

Mesure à faire (2 canaux) : v(alim), et Vgs. Montant et descendant. Idem pour v(alim) et VDS.

On devrait y voir plus clair.

Si l'inductance des fils est en cause, torsade-les. Si ta trace change, tu as un problème.

Quelle sonde utilises-tu pour mesurer Vds?

[invitefe912294]

Bonjour bobfuck,
En PJ j'ai mis les photos de mon montage (avec une règle de 15cm) et les câbles.
J'ai torsadé mes câbles au cas ou.
Ma sonde de tension est la P6139A: http://www.csus.edu/indiv/t/tatror/E...9A%20Probe.pdf
J'ai fabriquer le point de masse comme tu peux le voir en photo en PJ.

J'ai réaliser les mesures demandé, chose surprenante j’observe une petite étincelle lorsque que je connecte ma sonde sur vgs. Sinon pour prendre la tension aux bornes de l'alim, j'ai pris deux fils par soucis de praticité.

[invitefe912294]

Suite des mesures

[invitefe912294]

La deuxième image dans ma première réponse, c'est plutôt "ouverture"

[Antoane]

Bonjour dimdim69,

Comme expliqué ici, les pièces jointes de type image doivent être prioritairement introduites sous forme de fichier de type image (JPEG, PNG ou GIF). Merci de fournir à nouveau des pièces jointes de ce type dans un nouveau message.

Ce message sera supprimé à l'issue.

[invitefe912294]

Bonjour,
Comment je fais dans le cas ou mes images sont trop grosses?
Cdt

[bobflux]

Alors, dans l'ordre. Pour la modération, inutile de vérifier les liens des images, ce sont celles hébergées sur le forum dans le post précédent.

L'alim lorsque le MOS devient passant


L'alim tombe de presque 4V lors de la commutation, puis elle se rétablit péniblement en 2us environ. C'est normal : ton alim de labo a un temps de réponse non nul. Il faudra étudier la stratégie de découplage en fonction de la charge finale. Le layout est très important.

Plus ennuyeux, la courbe de Vds a des petits pics après la commutation, on dirait que le MOS a le hoquet. Cela pourrait provenir d'un problème sur l'alim du driver : vérifie qu'elle ne s'effondre pas lors de la commutation. Ce qui me fait pencher vers cette hypothèse est que le Vds du MOS est quasi nul lors de la commutation (on a donc un MOS bien passant), ensuite il hoquette et s'établit à une valeur relativement élevée (un peu plus de 1V) ce qui semblerait indiquer que la tension sur la grille est insuffisante. Le découplage local de l'alim du driver est peut-être insuffisant, ou bien un problème de layout. Comme tu n'as pas de plan de masse, c'est pas facile de faire des alims décentes. Peut-être que c'est le snubber qui perturbe, mais j'en doute.

L'alim lorsque le MOS bloque



Lors du blocage du MOS, ton alim de labo doit passer de 4A à zéro très rapidement. Cependant, les transistors de sortie de ton alim, et le circuit de commande, n'ont pas un temps de réaction nul, et les fils sont inductifs. Tout cela a pour effet que la tension d'alim saute vers les 30V (ce qu'on avait vu précédemment). Les transistors de sortie de l'alim se bloquent, il y a perte de régulation, puis ça revient et on a soit une résonance entre les condensateurs de sortie de l'alim et les condensateurs de découplage du montage, soit une instabilité de régulation.

La solution est de mieux calculer le découplage local (ie, l'augmenter énormément), de soigner le layout, et d'ajouter une précharge, qui va consommer constamment, peut-être 10% du courant de charge, pour que l'alim ne passe pas à 0A, et qu'elle reste en régulation.

Il faudra voir ça en fonction de la charge qui sera commandée in fine par le montage, et de l'alim qui sera réellement utilisée.

Tu as besoin de quelle précision sur le courant ? Par exemple, le haut de l'impulsion doit être plat à combien de % ? Aussi, le settling time à l'activation, etc.

[invitefe912294]

Voila.....

[bobflux]

"ferm Valim, Vgs 12V.jpg" (qui est en fait l'ouverture du MOS)


cyan alim
bleu vgs

Mêmes commentaires que précédemment. L'ondulation du Vgs reproduisant celle de l'alim semble indiquer que la masse est un concept relatif sur ton montage (normal, il n'y a pas de plan).



cyan alim
bleu vgs

Apparemment le Vgs monte bien comme il faut, j'ai donc peut-être dit une connerie à propos de l'alim du driver, mais tu devrais tout de même la vérifier. Ces ondulations sont quand même suspectes.

[bobflux]

Concernant les traces de courant, je ne sais pas.

Tu devrais mesurer Vds et Valim. La différence entre les deux est la tension sur ta résistance de charge. En les affichant sur le scope avec la même échelle, tu verras tout de suite.

Si les résultats ne correspondent pas aux mesures à la sonde de courant, les explications possibles sont :

- la résistance n'est pas une résistance ? (inductance non négligeable, etc)
- la sonde de courant a un problème (je ne connais pas trop ces ustensiles)
- autre ?

J'attends la validation des 4 autres images.

En attendant, vérifie l'alim du driver, les pics bizarres après la mise en conduction du MOS sont... bizarres.

As-tu toujours l'alim -3V ?
Comment est connectée la masse de l'alim driver à la source du MOS ? Longueur de la connection ?

[invitefe912294]

Merci pour ton aide et le temps que tu y consacre.
Je laisse passer ce long week end et je reviendrai vers toi.
Bon week-end à bientôt =)

[bobflux]

Pas de pb, j'ai la crève et je me fais grave chier chez moi, alors je passe le temps

N'oublie pas de répondre aux questions. A+

[invite5637435c]

Bonsoir,

pour éviter le dv/dt de l'alim il faut impérativement que tu mettes une capa type tantale ou céramique au plus près du Vcc du driver, bobfuck à raison.
C'est lui qui va fournir l'énergie réclamée, pas le GBF, il faut calculer sa valeur en fonction du di/dt qui sera fourni.
Je peux déjà te dire que 4.4µF est bien trop faible vu le temps que tu veux atteindre.
Quelle techno de condensateur as-tu mis pour découpler ce driver?

Le driver que tu as pris n'est pas une merveille, tu as de bien meilleurs produits à ta disposition dans ce domaine: Texas et Linear.
Pourquoi ce choix de polariser la grille à -3V?
Je n'ai pas regardé de près la datasheet de ce driver mais m'étonnerait qu'il apprécie au moment du blocage si il est prévu de fonctionner au même potentiel de référence que la source du MOS...

[bobflux]

Je me pose des questions sur la connection de la masse du driver.

La boucle de courant pour driver la gate du MOSFET est la suivante :

ON : masse - capa de découplage du driver - VCC du driver - driver - gate - source - masse
OFF : masse - GND du driver - driver - gate - source - masse

Dans les deux cas le di/dt dans cette boucle est énorme (1A/10ns) et il est important de minimiser l'inductance. D'où : LE LAYOUT, et la capa de découplage du driver. Et le layout

Il m'est arrivé d'avoir une capa de découplage placée un peu trop loin. La commutation flinguait l'alim du driver, qui passait en UVLO et qui se mettait en reset. Souder la capa au bon endroit a réglé le problème.

En résumé, il y a plusieurs problèmes sur ce circuit, probablement de layout/alims, donc pas évidents à debugger sur ce proto "en l'air". Je pense que la mesure de courant avec la sonde n'est pas forcément conforme à la réalité, aussi.

Perso je conseillerais une réalisation sur plan de masse, en dead bug.

[invitefe912294]

Bonjour bobfuck, HULK28,

Tu as besoin de quelle précision sur le courant ? Par exemple, le haut de l'impulsion doit être plat à combien de % ? Aussi, le settling time à l'activation, etc.

Je vois de quoi tu parles, mais j'ai aucune contrainte de ce point de vue la.

As-tu toujours l'alim -3V ?
Comment est connectée la masse de l'alim driver à la source du MOS ? Longueur de la connection ?

Oui tjs -3V. Schéma tr tf condos.jpg
J'ai connecté le gnd du driver à la source du mos avec un condensateur comme tu peux le voir sur le schèma ci-joint. La longeur doit être de 1cm (pattes du condo raccourcis).

Je peux déjà te dire que 4.4µF est bien trop faible vu le temps que tu veux atteindre.
Quelle techno de condensateur as-tu mis pour découpler ce driver?

J'ai mis deux condos de 47µF comme représenté sur le schéma ci-dessus. Ce sont des condos en aluminium (photos dans les posts plus haut).

Le driver que tu as pris n'est pas une merveille, tu as de bien meilleurs produits à ta disposition dans ce domaine: Texas et Linear.

Quand tu dis ca, tu penses à quel niveau je pourrais prendre meilleur? J 'ai à ma disposition le TC4431 (datasheet en PJ)

Pourquoi ce choix de polariser la grille à -3V?

J’espérais pouvoir ouvrir mon plus rapidement avec cette tension de driver.

Dans les deux cas le di/dt dans cette boucle est énorme (1A/10ns)

Peux-tu me détailler ton calcul?