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fonctionnement d'un convertisseur DC/DC



  1. #1
    simplexquidam

    fonctionnement d'un convertisseur DC/DC

    bonjour

    je fais un testeur de claquage haute tension alimenté par du 19V c'est une alim labo pendant la mise au point) surtout pour tester des condensateurs de moto et le claquage de composants haute tension
    le but n'est pas d'avoir un convertisseur de puissance, au contraire, il doit avoir une impédance importante pour la sécurité de l'opérateur et pour ne pas consommer trop sur le bloc alim 19V qui sera utilisé
    la tension de sortie doit atteindre 600V
    comme je n'ai pas envie de bobiner un transfo ferrite, j'utilise un transfo secteur
    le circuit (voir schéma) est constitué d'un IGBT 370V (IRGB40C14) avec une diode antiparallèle BYV26E, la commande PWM vient d'un µC atmel m328p, le collecteur est relié au "secondaire" 11.6V d'un transfo secteur, le "primaire" 220V est redressé par une BYV26E et filtré par un 0.22µF/630V à film plastique MKP4, la charge de test est faite par la sonde du scope, un voltmètre 10MΩ et une résistance 3.2MΩ à la masse (pour la fonction voltmètre du µC)

    l'intérêt de ce montage est la faible consommation primaire (19V/30mA) et son impédance de sortie élevée, normale quand on utilise un transfo à fer 50Hz à ces fréquences équivalentes. Son utilisation à 50Hz 12V amène à une consommation beaucoup plus élevée et sans doute à une impédance de source plus basse, au détriment de la sécurité utilisateur, voir courbe conso 600V
    le transfo est excité par un PWM à récurrence de 15Hz
    la consommation d'un convertisseur symétrique avec ce transfo diminue fortement en fonction de la durée d'impulsion de commande voir figure conso 600V
    le montage ne fonctionne pas ici en régime flyback, plus facile à comprendre

    question :
    puisque j'utilise la polarité directe la tension développée au secondaire croît avec le temps pendant la conduction de l'IGBT (ça ressemble à l'exponentielle de l'évolution du courant) mais la tension est trop forte pour ma compréhension : 19V x rapport(19) = 361V qui est plus proche de la tension flyback -350V présente dans la phase inutilisée
    la tension max, écrêtée par la conduction de la diode de redressement, est atteinte avant la crête IGBT off qui est la surtension due à l' "extra-courant de rupture", c'est la dissipation du résidu d'énergie
    pourquoi la tension monte-t-elle plus haut que le rapport de transformation, en phase de conduction de l'IGBT?

    le phénomène est similaire avec un MOS, mais le MOS dont je dispose passe en avalanche à sa tension de service (plus qque chose) tout en restant dans sa SOA donc non destructeur (effet "zener")

    ce montage n'est pas destiné à une reproduction par d'autres, je veux juste comprendre CE montage

    figures jointes
    conv600V.png = schéma
    conv600V.png = oscillogramme collecteur + sortie transfo
    conv600V dil 1.png = figure précédente dilatée avec indications
    conv sym.png = consommation convertisseur symétrique (2 transistors et le même transfo, utilisé avec son point milieu) fréquence = fréquence équivalente de l'impulsion de conduction

    conv600V.jpgconv 600V.pngconv 600V dil 1.pngconso sym.png

    merci de vos réponses

    -----


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  3. #2
    simplexquidam

    Re : fonctionnement d'un convertisseur DC/DC

    bonjour,

    il n'y a donc personne qui connaisse les transfos dans ce forum ?

  4. #3
    Antoane

    Re : fonctionnement d'un convertisseur DC/DC

    Bonjour,

    Peux-tu indiquer le sens des enrouements sur ton montage ?
    Commandes-tu ton igbt en 0/5v ? C'est peu, mieux vaudrait 0/15V.
    > conv sym.png = consommation convertisseur symétrique (2 transistors et le même transfo, utilisé avec son point milieu) fréquence = fréquence équivalente de l'impulsion de conduction Schéma stp.

    Peux-tu fournir une photo de ton prototype ?
    Peux-tu également mesurer la tension la tension sur le "+" du primaire du transfo (là où tu devrais avoir 19 V) ?
    Peux-tu mesurer la tension de grille sur l'oscillogramme ?

    Tes mesures sont-elles faites proprement, avec sondes x10 et liaisons de masse aussi courtes que possible (et fil de masse excédentaire enroulé autour du corps de la sonde) ?
    Quelle est la puissance du transfo employé ?

    Tu n'as pas de sonde de courant ?
    Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.

  5. #4
    simplexquidam

    Re : fonctionnement d'un convertisseur DC/DC

    bonjour,

    je ne pensais pas avoir de réponse !
    et en suis heureusement surpris, merci de t'y intéresser

    je suis en partance pour traverser le channel (retour lundi) , et m'attends à des mesures de sécurité drastiques je serais bref et reprendrai lundi
    et pourrai alors fournir les oscillogrammes demandés

    commande IGBT: elle me paraît suffisante puisqu'elle fait bien commuter le transistor - je ferais une capture avec la tension grille
    phase du transfo: elle me paraissait évidente avec les oscillogrammes = quand l'IGBT conduit, la sortie est positive, avec une certaine énergie et charge le condensateur de filtrage. J'ai vu bien sûr les transitions capacitives de la grille vers 4V, ça semble suffisant
    schéma en cas de convertisseur à point milieu = en PJ 'mais redressement simple alternance pas de D2 ni C2), lacourbe de consommation de ce montage a été donnée
    je suis depuis passé à une conversion à un enroulement (schéma manuscrit)
    tension du 19V, je n'ai pas encore, envoi lundi mais vu le courant alim débité et le découplage alim , je n'attends pas grand-chose. ce sera confirmé

    je peux évidemment me gourer de sonde (j'utilise du 1x 10x et 100x et l'affichage scope n'est mis à jour que manuellement, je revois ça)
    longueur de fil de masse sonde = ce n'est après tout qu'une montée en tension qui dure 10µs, mais on va vérifier quand même

    je n'ai pas de sonde de courant, mais dispose de quelques tores ferrite et de résistances utilisables à cette fin


    merci d'avoir répondu, je reprends les manips lundi après-midi
    Images attachées Images attachées

  6. #5
    Antoane

    Re : fonctionnement d'un convertisseur DC/DC

    Bonjour,
    Citation Envoyé par simplexquidam Voir le message
    commande IGBT: elle me paraît suffisante puisqu'elle fait bien commuter le transistor - je ferais une capture avec la tension grille
    Ouais mais c'est pas bien
    On voit d'ailleurs, me semble-t-il, une grosse grosse tension de saturation sur les oscillogrammes.
    D'ailleurs, j'imagine que c'est de la récup car un IGBT en deçà de 600 V... C'est guère justifié.


    J'ai du mal à comprendre tes mesures, je ne sais pas trop comment modéliser le transfo. A 15kHz, le noyau n'a plus beaucoup d'impact - mis à part pour ce qui est des pertes.
    En particulier, l'inductance de fuite doit être assez conséquente.

    Je n'explique pas, en particulier, la convergence de la tension de collecteur vers ~40 V.
    Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.

  7. A voir en vidéo sur Futura
  8. #6
    simplexquidam

    Re : fonctionnement d'un convertisseur DC/DC

    bonjour

    l'IGBT est maintenant remplacé par un MOS IRF840
    • la saturation est correcte
    • la grille est toujours commandée directement par le µC, l' "accident" de capacitance est plus fort, mais se produit lorsque le courant drain est encore nul. J'éprouve donc pas la nécessité de changer juste pour la beauté du geste
    • il n'y a plus de diode en anti-parallèle (maintenant intrinsèque à la technologie du MOS)

    je joins la photo du montage qui est un proto, le restera, et n'aura jamais de PCB, sa publication dans des milieux de cyclos vintage n'entraînera pas d'aide de ma part, ne connaissant pas l'aptitude des réalisateurs à résister à des tensions de 600V dans leurs mains. je peux envoyer une photo 3D mais je ne pense pas que le forum accepte des fichiers d'images *.MPO

    la sortie HT est clampée à la masse par D1/C2 puis redressée par D2/C3 ce qui permet de récupérer l'énergie depuis le précédent -350V. D'aucuns appellent ça un doubleur
    voir schéma joint

    j'ai rapporté à la main le sens des bobinages, ce qui n'a pas grande importance à mon sens, la phase des signaux me paraît suffisamment parlante pour le différencier d'un flyback classique
    pendant la conduction du MOS, la tension de sortie HT croît "exponentiellement" puis se limite à la valeur chargée dans le filtrage de sortie
    à la fin de la conduction il se produit une surtension au primaire pendant la dissipation de l'énergie magnétique résiduelle ("extra-courant de rupture") qui prolonge le palier de charge du filtre de sortie
    image: 4 irf840 Vds Vsec (la fin de la commande grille se trouve à la ligne pointillée en division 9.6)

    le courant drain est prélevé par un tore (1/35 spires + 10kΩ) image: 4 irf840 Id Vsec, même synchro en 9.6


    la tension secondaire n'est toujours pas l'image de la tension primaire multipliée par le rapport de transformation
    s'agit-il de résonance ou des capas au secondaire rapportée au primaire ?

    à ta disposition pour mesures complémentaires
    Images attachées Images attachées

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  10. #7
    Antoane

    Re : fonctionnement d'un convertisseur DC/DC

    Bonjour,

    désolé pour le retard.

    Je sèche.
    Le ratio entre tension primaire et secondaire supérieur au rapport du transfo ne me choque pas à cause de l'impédance non négligeable de l'inductance de fuite, qui fait que tu ne mesures pas seulement la tension aux bornes du primaire.

    J'essaierai de caractériser un transfo 50 Hz à 15 kHz dans la semaine.
    Ce qui est sûr c'est qu'on ne peut pas utiliser le même modèle qu'à 50 Hz.
    Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.

  11. #8
    Antoane

    Re : fonctionnement d'un convertisseur DC/DC

    Bonjour,

    Quelques mesures d'impédances sur un transfo 220 V / 13 V de puissance similaire au tien, faites au VNA E5061b en mode gain-phase :
    impédance de l'enroulement 220 V avec l'autre à vide :
    Z11_2open.png
    impédance de l'enroulement 220 V avec l'autre en court-circuit :
    Z2_1short.png
    impédance de l'enroulement 13 V avec l'autre à vide :
    Z2_1open.png

    Impédances entre primaire et secondaire :
    couplingDon.png

    Les courbes d'impédances n'ont pas des allures classiques, et ne seront pas aisément fittées par des RLC classiques.

    Les fichier csv sont en PJ situ veux 'jouer' avec.
    Fichiers attachés Fichiers attachés
    Dernière modification par Antoane ; 14/06/2017 à 08h43.
    Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.

  12. #9
    Antoane

    Re : fonctionnement d'un convertisseur DC/DC

    Et l'impédance des enroulement connectés en série :
    Z_seriesCon.png
    Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.

  13. #10
    simplexquidam

    Re : fonctionnement d'un convertisseur DC/DC

    bonjour,

    merci de tes mesures d'impédances

    mais elles ne répondent pas clairement à la demande initiale : pourquoi la tension monte-t-elle plus haut que la tension d'alim x rapport de transformation (avant le petit flyback complémentaire)


    merci quand même

  14. #11
    antek

    Re : fonctionnement d'un convertisseur DC/DC

    Juste une remarque.
    Le IRF840 a besoin d'une commande en 10 V VGS.

  15. #12
    Antoane

    Re : fonctionnement d'un convertisseur DC/DC

    Bonjour,

    Je ne prétend pas le contraire
    Ces figures montrent que le comportement du transfo à 15 kHz est loin de celui observé à 50 Hz ; on (tu) peut faire des extractions de paramètres sur les courbes (d'où les csv) et mettre le tout dans spice pour confirmer s'il s'agit de quasi-résonance, ou autre.
    Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.

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  17. #13
    simplexquidam

    Re : fonctionnement d'un convertisseur DC/DC

    bonjour,

    @antoane
    merci d'avoir pris la peine d'essayer, d'y avoir passé du temps
    et de ne pas prétendre tout savoir, comme certains fous du clic ici
    je vais essayer de tirer qque chose des .csv

    @antek
    comme précisé dans le tout premier message
    ce montage n'est pas destiné à une reproduction par d'autres, je veux juste comprendre CE montage
    le montage ne sera pas reproduit, ni qualifié de -40 à +80°C, je prends donc TA valeur de 10V comme une spécification fabricant (valeur minimale garantie dans les conditions d'emploi précisées, les lots suivants et les améliorations technologiques faisant parfois espérer mieux)

    malheureusement en lisant la datashit

    Capture du 2017-06-17 16-23-29.png


    je vois que ce MOS a une Vgssth de 2 à 4V, soit bien compatible de mon µC mega328
    seule la charge de grille prend du temps dans la zone de transition, mais le transistor commute !
    on le voit bien saturer dans la première scopie du message #6 (jaune = Vds)
    la charge inductive commençant en principe à courant nul, ça ne me gêne pas pour le moment.
    de nombreux intervenants feraient mieux de tourner sept fois la langue dans la bouche de leur voisine la plus gironde avant de cliquer, et de RTFM


    Sur ce, bon WE

  18. #14
    antek

    Re : fonctionnement d'un convertisseur DC/DC

    Citation Envoyé par simplexquidam Voir le message
    malheureusement en lisant la datashit
    je vois que ce MOS a une Vgssth de 2 à 4V, soit bien compatible de mon µC mega328
    de nombreux intervenants feraient mieux de tourner sept fois la langue dans la bouche de leur voisine la plus gironde avant de cliquer, et de RTFM
    C'est pas ta connaissance de la lecture des datasheet qui serait un peu "shit" ?
    Bien d'accord avec la dernière ligne, et surtout d'apprendre à lire TFM.

    Et tout ça pour une remarque, y'en a qui feraient bien de dégonfler . . .

  19. #15
    Antoane

    Re : fonctionnement d'un convertisseur DC/DC

    Bonjour,

    1. pas la peine de s'exciter
    2. merci de lire la discussion avant d'y répondre, histoire d'éviter de poster à côté, ou de revenir sur une question déjà traitée.
    Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.

  20. #16
    Antoane

    Re : fonctionnement d'un convertisseur DC/DC

    Le Vgs_th donne la valeur de tension nécessaire pour rendre "un peu" conducteur le composant.
    Ici, "un peu" signifie : un courant de drain de 250 µA, avec Vgs = Vds -- on ne peu pas parler de fonctionnement ohmique franc. Pour rendre le composant bien conducteur, c'est à dire pour le faire se comporter comme une résistance donc la valeur est spécifiée (ici : < 850 mOhm), il faut 10V de Vgs (c'est dans cette condition que la Rds_on est spécifiée).

    En commutation, le Vgs_th sert principalement à déterminer quelle tension de Vgs on peu appliquer au max sans risquer de rendre passant le transistor. C'est une valeur de bruit max admissible.

    Donc c'est déraisonnable de piloter le mosfet en 0/5 V.
    Cependant, comme déjà dit à plusieurs reprises : ce n'est pas la question ici.
    Dernière modification par Antoane ; 17/06/2017 à 16h40.
    Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.

  21. #17
    antek

    Re : fonctionnement d'un convertisseur DC/DC

    Je pensais que le temps de mise en conduction du MOSFET pouvait avoir une influence, d'autant plus que la commande (sous-dimensionnée) vient d'une sortie µC.

  22. #18
    mizambal

    Re : fonctionnement d'un convertisseur DC/DC

    Hello. Est-ce qu'un transfo 240V peut réellement encaisser 600V ?

  23. Publicité
  24. #19
    simplexquidam

    Re : fonctionnement d'un convertisseur DC/DC

    bonjour,


    je sais bien qu'il est déraisonnable de le piloter comme ça, et j'ai déjà expliqué que ce n'était pas le problème, macaréou ! comme dit un fidèle du forum (un peu absent ces derniers temps)
    quoique, en regardant la page suivante du TFM

    Pièce jointe 343780

    figure qui couvre plus largement que le Vgs-th(250µA)
    à 5V il est donc largement capable de commuter ma charge qui commence par zéro A !!, ce qu'il fait

    mais en tous cas, et, malgré les commentaires des sodomiseurs de diptères de papier, et dont il se contrefiche, il commute bien, vous avez encore besoin d'autres scopies ?


    datashit
    il se trouve que j'ai vécu quelques années en silicone vallée, avec un boulot qui me faisait utiliser ces datashits, que je continue à orthographier comme ça, les spécifications desdites n'étant pas toujours atteintes
    specifications
    j'avais aussi à signer des dérogations des fabricants quand ils se sentaient un peu limite avec leurs specs, et que les points limites soulevés ne me gênaient pas. Je n'ai pas entendu parler d'un tel respect du client en Hexagonie, il me semble que c'est plutôt "à prendre ou à laisser", mais j'ai alors changé un peu d'activité



    transfo 230V

    la tension de claquage dans l'air est déterminée par la relation de Paschen dont le produit PD annonce environ 3kV/mm dans l'air sec, électrodes sans pointes, à un bar donc 300V pour 1/10 mm
    l'émail des fils de transfo annonce une rigidité diélectrique de 1.7kV (fils toronnés) et 2.5kV sur cylindre pour le fil bas de gamme 155 de synflex. C'est l'isolement entre deux fils adjacents et le bobinage en boustrophédon avec film entre couche évite la proximité de tensions trop différentes
    l'isolant du fil peut se craqueler selon les procédés de fabrication, notamment le nettoyage industriel à l'alcool polyvinylique, mais les fissures ainsi obtenues se trouvent sur la face convexe et les distances-air s'en trouvent augmentées
    mon transfo a tenu 2kV d'essai, son impédance de sortie (qques centaines de kΩ) m'aurait alerté d'un claquage, en conjonction d'une montée progressive et sans à-coups de la tension de sortie
    le remplissage sous vide (hi-potting) permet de combler en partie les vides, mais la pénétration n'est qu'imparfaite (compétition entre le vide restant à combler et la fluidité de l'isolant)
    quand on n'est pas à 50Hz, ce transfo devrait largement tenir les 630V (ce n'est pas une production mais un proto qui ne sera pas reproduit)

    j'peux maintenant faire ma sieste post-prandiale (nap) ?

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