Alimentation à découpage à base TL494

[inviteeaa8bccc]

Bonjour,

Voilà, je souhaite concevoir une alimentation à découpage en utilisant le circuit de contrôle PWM TL494 (j'ai que ça sous la main ) avec comme caractéristiques :
Vin (batterie) 24V+-4V, Vout = 13V et Iout=12A. Les différents composants calculés sont sur le schéma.
Pour la partie commande j'ai utilisé une paire darlington MJ2955 & 2N3055 (qui sont complémentaires) sans être trop convaincu de mon choix...
Mais voilà, mis à part la tension de sortie et le courant qui sont correctes, le rendement est d'environ 60% (suivant la simul LTspice) ce qui est à mon avis trop peu pour ce Buck, non ?!. De plus la puissance dissipée sur le transistor Q2 (2N3055) est de 73W ! (pour une puissance dissipée totale de 108W !!! (pour une alim à découpage j'aurais espéré mieux.
Alors je me pose certaines questions élémentaires : Qu'est ce qui pourrait améliorer le rendement ?
Est-ce qu'un mauvais rendement est inévitable dès qu'on utilise le TL494 avec des BJT ?
Est-ce que le choix de la paire darlington peut être améliorée ( en utilisant d'autre modèles de BJT ou mm des MOSFET) ?

Merciiiiii
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[bobflux]

Un 3055 en commutation...
Quelle est la fréquence ?

Tu n'échapperas pas au MOSFET, il te faut un NMOS drivé correctement. Tant qu'à faire, tu pourrais remplacer ton TL494 par un contrôleur de buck moderne équipé du driver de MOSFET adapté (genre LTC3851) ce qui te permettra aussi d'avoir quelques features utiles, genre protection contre les court-circuits, soft-start, etc. Parce que là, c'est quoi qui limite le courant de sortie ?

[inviteeaa8bccc]

Merci Bobfuck pr votre réponse rapide
Oui effectivement c pas top le 2n3055 pr la fréquence de découp c 50KHz. J'essaye d'éviter au max les MOSFET pour cause de non disponibilité immédiate et aussi pr le driver qui me donne des cauchemars
J'ai déjà conçu une SMPS à base de TL3807 mais j'attends tjrs les composants d'où le TL494.
Pour le courant de sortie, cet étage va attaqué un ampli RF, normalement coté limitation y aura pas de problèmes pour le courant.

Donc c j'ai bien compris le mauvais rendement vient des trans bipo ?

[bobflux]

Tu peux regarder dans le simulateur combien de temps mettent les bipolaires à commuter...

Tu ne peux pas commander de MOSFETs ? Bizarre

> et aussi pr le driver qui me donne des cauchemars 

Commander des gros bipolaires en commutation est largement pire. Pourquoi ne pas utiliser un contrôleur de buck tout fait plutôt qu'un TL494 ? C'est pas le choix qui manque !

[A voir en vidéo sur Futura]

[inviteeaa8bccc]

Le choix ne manque pas mais le temps si ! d'où le TL494 mm s'il est vieillot. Pr les MOSFET, j'ai pensé au NMOS mais vu le problème de la masse flottante j'ai vite changé d'avis (le PMOS qui, a priori, est la solution mais ce n'est pas l'idéale vu le budget attribué à ma BOM)
J'aurais aimé qu'on ce concentre sur la conception actuelle et s'il y a une possibilité de l'améliorer (autre architecture pr l'étage de commande, autres transistors bipolaires et surtt comment bien les choisir, augmenter le rendement ...ect).

[bobflux]

Question budget, c'est simple :

Tu peux faire une solution style années 90 (celle que tu proposes) qui va nécessiter des gros transistors, un dissipateur, beaucoup de place, et beaucoup de prise de chou...
Sinon tu peux le faire genre "années 2010" et mettre des composants modernes

Le budget d'une solution ancienne et inefficace, une fois considéré les choses comme le refroidissement, l'encombrement et l'assemblage, risque fort d'être au final plus élevé qu'une solution moderne.

Exemples :
LM3150
LM5117, LM25117, et consorts
LTC3851 et consorts

> J'aurais aimé qu'on ce concentre sur la conception actuelle et s'il y a une possibilité de l'améliorer

oui :

1) Oublie les bipolaires
2) utilise un MOSFET judicieusement choisi
3) utilise un driver de MOSFET

... ce qui au final te revient aussi cher qu'un régulateur/contrôleur intégré...

[bobflux]

Exemple :

À 150W, en étant pessimiste (2% de pertes dans chaque MOS, 2% dans l'inductance, plus un petit peu dans les condensateurs) tu vas avoir grosso modo 3W dans chaque MOS et aussi dans l'inductance, ce qui se gère facilement si tout est placé dans le flux d'air du ventilateur qui refroidira la charge alimentée (et qui dissipe les quasi 150W...)

Bien sûr si tu utilises des bipolaires tu vas devoir utiliser une fréquence des années 90 (genre 40 kHz) donc tu auras aussi une inductance énorme, donc plus de pertes, des condensateurs plus gros, des trous à tarauder pour tes gros transistors qui chauffent, etc...

[inviteeaa8bccc]

mmm donc c la m...ok bob, jvé essayer les mos et compagnie.
Et pr le NMOS des conseils ?

Merci bob

[bobflux]

Les CI que je t'ai mis sont à redressement synchrone (le MOS du bas est remplacé par une diode) ce qui n'est pas strictement nécessaire (tu peux aussi mettre un contrôleur non synchrone, avec un MOS et une diode, et une légère baisse de rendement, à toi de voir).

Puisque nous sommes à 28Vin max, on va prendre des MOS de 40V.

Le NMOS doit avoir un bon équilibre entre pertes par conduction (donc RdsON) et pertes par commutation (Qg) dans un package qui convient pour le refroidissement.
Tu vas donc commencer par choisir le package, suivant la façon dont tout ça sera refroidi :

Non CMS :
- Montage sur radiateur avec clips ? (donc TO220) c'est un peu overkill pour dissiper quelques watts.

Tout CMS :
- Dissipateurs collés sur les MOS ?
- Dissipateurs CMS soudés autour des MOS ?
- Refroidissement à travers le PCB par des vias, le PCB étant relié à un dissipateur à l'arrière par un silpad de 3-5mm d'épaisseur ?
- Ou le plus simple, utiliser le PCB et les composants eux-mêmes comme dissipateurs, si le tout est placé dans un flux d'air correct fourni par un ventilateur déjà présent dans ton design (cette option peut se combiner avec les précédentes).

L'avantage d'avoir un flux d'air est de bien refroidir aussi les condensateurs, inductance, etc, qui ne se montent pas sur un dissipateur ! Ça dépend surtout de la configuration mécanique des lieux, que tu es le seul à connaître.

Si tu veux obtenir une tension de sortie mieux lissée, tu peux aussi utiliser un buck à deux phases. Ça te coûte des MOS et une inductance en plus, mais les pertes sont plus faibles et tu peux utiliser des condensateurs plus petits. C'est un calcul à faire, mais pour seulement 12A c'est plutôt du luxe.

Tu peux t'inspirer d'une carte mère de PC : les MOSFET du converto de 12V vers Vcore (1V...1.5V) sont disposés autour du cpu et placés dans le flux d'air du ventirad cpu.

[Montd'est]

Avec un synchronous Buck tu peux espérer ici 96% de rendement si il est bien fichu.

C'est faisable avec un TL494 plus un driver high side et low side, qui résout l'histoire de la source flottante, faudra un layout de pointe avec entre autre les 2mosfets placés tête bêche...

[inviteede7e2b6]

tu 3055 à 50 kHz.... faut pas rêver

[bobflux]

Ah oui, si tu tiens absolument à utiliser un TL494, tu peux mettre un driver de MOSFET dans le style :

http://www.onsemi.com/PowerSolutions...ADP3120AJRZ-RL

Celui-ci a un léger défaut : il ne fonctionne pas si le condensateur de bootstrap est déchargé ; par conséquent il ne démarre pas si la sortie est au-dessus de sa tension d'alim. Donc pour un chargeur de batterie, ça va pas ; mais pour un DC-DC c'est utilisable. Sinon il a une bonne patate au niveau du courant de sortie pour contrôler les NMOS, et il est vraiment pas cher.

[inviteeaa8bccc]

Merci Bob pr ces explications effectivement, tes CI sont ds le mm genre que ma précédente conception (TLC3807 synchrone) + ventilation du bloc mécanique donc pas de dissipateurs . L'idée du refroidissement par les Vias est pas mal aussi j'en prends note
Je vais me casser encore un peu la tête et essayer l'archi TL494 + driver reste à trouver l'architecture la plus simple possible et tant pis pr le rendement à +90% jme contenterai des 80%
Pour le buck deux phases t'as raison, ça ne vaut pas le coup...
Encore une fois Merci Bob

[inviteeaa8bccc]

Montd'est
Merci pr ta réponse, le driver est héllas inévitable pr les NMOS
les 2mosfets placés tête bêche : j'en prends note aussi
Merci

[Montd'est]

Je vais me casser encore un peu la tête et essayer l'archi TL494 + driver reste à trouver l'architecture la plus simple possible

C'est pas bien compliqué... un exemple trouvé: https://2412b822-a-62cb3a1a-s-sites....attredirects=0

[bobflux]

Je vais me casser encore un peu la tête et essayer l'archi TL494 + driver reste à trouver l'architecture la plus simple possible et tant pis pr le rendement à +90% jme contenterai des 80%

Le fait d'utiliser un TL494 et un driver ou bien un chip contrôleur de DC-DC tout fait ne changera pas grand chose au rendement, dans les deux cas avec un bon choix de NMOS tu peux avoir un rendement excellent.

L'avantage du contrôleur dédié est plutôt à chercher du côté des features (protections, limitation de courant, réponse à la charge éventuellement plus rapide, sortie PGOOD, etc) et aussi, si la charge consomme par intermittence, un DC-DC qui fait du discontinu (fonctionnement en rafales "burst" ou skip-cycle aura moins de pertes qu'un DC-DC qui fonctionne en continu, puisqu'il s'arrêtera de commuter quand la charge arrête de consommer).

> le driver est héllas inévitable pr les NMOS

Mais bon, celui que je t'ai mis vaut genre 50cts l'unité et 25cts en quantité, donc c'est pas la mort non plus. Je l'ai utilisé pour faire quelques DC-DC perso, des sources de courant à découpage en mode hystérétique (avec un simple comparateur qui le commande) pour driver des LED ou charger des batteries. En gros, ça fait la même chose que le circuit posté par Mont d'Est (avec 10x moins de composants et un uC).

[invite5637435c]

Bonjour,

tu verras que le plus délicat dans un buck n'est pas trop le choix du driver mais surtout la qualité de ton routage....
Ca ton simulateur ne te le diras pas

[inviteeaa8bccc]

Bonjour ,

Je reviens encore vers vous. comme conseillé par Bob, j'ai utilisé l'archi TL494 + Driver (un IR2112 que j'ai trouvé ds un circuit de réccup ) en config high side + diode schottky. mais voilà j'ai passé plusieurs jours a me casser les c... pour essayer de comprendre en détail le fonctionnement du driver + Nmos et j'avoue que il me reste bcp bcp bcp de trucs à comprendre. Je vous joins en fichier le pauvre circuit que j'ai confectionné et qui me fait tt sauf me donner les 13V@12A
En sortie du driver j'ai klk chose (je ne sais mm pas si c ça que je cherche hahaha....sans blague) (voir fichier attaché aussi), pr le calcul de la capa boot et diode j'ai trouvé klk formules ds des docs mais elles sont du genre tu les lis et tu te dis naaaaan je vais utiliser les 22uF comme tt le monde . Le nmos c un générique (je me disais qu'un générique allait qd mm me fournir klk volts mais là rien , nada ...) . Bref je résume : je sais pas vraiment si ma façon de connecter le tt est bonne, je sais pas comment calculer Cboot et la diode boot, je suis pas convaincu de la résistance grille source R10.... en gros je suis nul en SMPS (normal c ma première )
J'IMPLOOOOORE VOTRE AIDE les gars.

[inviteeaa8bccc]

ps : en fait, Bob m'a plutôt conseillé d'être à la mode des années 2000 (IC bien joli qui fait presque tt ) mais il m'a aussi proposé le driver

[inviteeaa8bccc]

...et pr rire un peu je joins les Vout et Iout ...... -_-

[invite5637435c]

Bonjour,

pour calculer Cboot il faut impérativement connaitre les caractéristiques du MOS utilisé, le calcul n'est pas si compliqué que ça.

Le but de la capa est de stabiliser la tension Vgs et de pouvoir fournir l'énergie requise pour commuter le MOS dans de bonnes conditions, plus il commute franchement et moins tu auras de pertes en commutation, puisque les pertes dynamiques sont représentées par la surface de croisement de Vds et Id.
Avec un Vds qui s'établit ou s'éteint lentement tu auras un maximum de pertes.

Il faut donc connaitre la Cgss et Qg.

[invite5637435c]

Qu'as-tu pris pour la diode D_boot pour U2?

Je ne vois pas de découplage pour Vref et Vdd.
25Khz de découpage tu pousses un peu, le TL494 peut aller à 50KHz sans soucis même si c'est un vieux fossile.

[invite5637435c]

C10 n'est relié à rien.

De R13 il faut que tu filtres avec un RC, par exemple 220 Ohms et 4.7nF que tu relies à l'entrée du comparateur.

[invite5637435c]

Qu'as-tu choisi comme condensateurs en sortie? Quelle résistance série?

[invite5637435c]

Le VDD relié à 5V ref ne peut pas fonctionner, le courant ne sera pas suffisant à priori et dans tous les cas il faut impérativement mettre un condensateur de découplage au plus près de VDD (22µF min X7R)

[inviteeaa8bccc]

Pr le Cboot j'ai vu qu'on devait inclure pas mal de parmaètres surtt pr la Qtotale (j'ai plus la formule en tête dsl). Je suis bien d'accord qu'il faut connaître la Cgss et Qg mais est-ce tt !
Pour le decoupl de VDD c justement la C10 mais à ce stade c pas critique nn, mm pr Vref je ne vois pas l'utilité de la découpler ds la simul, pr le layout oui.
25KHz? ma Fsw = 50KHz c av ça que j'ai basé mes calculs.
et pr Dbbot j'ai trouvé ça :

[inviteeaa8bccc]

pr Cout c des Elec al avec ESR de 0.0024 ohms (2 en parall donc 0.0011 ohms). Ds mon premier schéma, j'avais bien les Vout et Iout désirés, j'ai changé l'archi de la structure en utlisant des MOS et driver. Je relis av attention tes sugges Hulk ...

[invite5637435c]

Le Vref est un 5V de référence, pas une source d'alimentation pour l'IR2112, d'ailleurs ce 5V ne peut fournir que 10mA, c'est uniquement fait pour alimenter les tensions de polarisation autour des comparateurs.

Il te faut choisir un MOS, tu as l'embarras du choix.
Ok pour 50kHz.

[inviteeaa8bccc]

De R13 il faut que tu filtres avec un RC, par exemple 220 Ohms et 4.7nF que tu relies à l'entrée du comparateur.

un filtre passe bas ! prk est-ce indispensable ?

[invite5637435c]

Fais comme moi l'effort de bien écrire s'il te plait, c'est agaçant.