augmenter la vitesse de commutation MOSFET

[invitefe75dcb0]

Bonjour,

Je viens vers vous car j'ai une contrainte de temps sur mon circuit... et je m'en sors pas...
Je dois pouvoir établir la tension, ou la couper en moins de 5us,

En fait j'utilise un MOSFET à canal P qui doit venir switcher sur une partie de mon circuit,venant ainsi alimenter ou non cette partie.
(le MOSFET a des temps de commutations qui sont de l'ordre des 100aines de nanoseconde)

Seulement, la tension reçue est de 40 V DC ( @30 A).
Vous imaginez bien que je dois alors faire quelque chose pour diminuer la tension Vgs, j'ai donc mis un pont diviseur.

Et c'est là que mes problèmes apparaissent, pour le temps de réponse à l'état passant c'est bon. Mais pour le temps de réponse à l'état bloqué, on arrive autour de 25us.
La capacité parasite du MOSFET interagit avec mon pont diviseur, créant un retard de 5*RC avant la coupure totale.
Et je ne peux pas diminuer les valeurs des résistances, vu le courant qui les traverse...

Enfin je ne sais pas si je suis assez clair, je vous montre mon circuit :



En entrée j'ai mis une source de tension carré pour simuler une sortie de porte logique qui est soit à l'état haut (5V) ou à l'état bas (0V).
Cette partie là, avec le MOSFET à canal N (2N7002K) réagit du tonnerre, c'est vraiment lorsque j'ajoute mon MOSFET P (SQP90P06-07L) et les resistances R2,R3 que tout s'écroule.

Existe t'il un moyen pour décharger la grille du SQP90P06-07L rapidement? Je pensais mettre une diode en parallèle avec R2, mais la tension de grille passe de @14V à 40V.

Enfin là je sèche un peu... J'ai beau chercher des moyens de piloter les grilles de MOSFET je ne trouve pas ce qui m'intéresse.
Peut être dois-je changer ma topologie de base...

Merci par avance pour votre réponse.

Bonne journée
-----

[invitefa96bd8f]

Salut,

Et si tu prends un driver de mosfet (qui est fait pour) ?

[invitefe75dcb0]

Merci pour ta réactivé !

A vrai dire assez novice pour encore, je n'avais jamais entendu parler de driver de MOSFET... ^^

Tu as des informations sur son fonctionnement? ON en trouve facilement?

Enfin je vais fouiner sur le net! ça pourrait peut être marcher

[invitefa96bd8f]

Je sais que ca existe je n'en ai utilisé qu'une fois donc je peux pas te conseiller plus, mais tu peux deja commencer tes recherches avec ca...

Tu as des versions high side (qui devraient convenir pour ton application), histoire de savoir quoi taper sur ton moteur de recherche

ça se trouve chez tout bon épicier

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitefe75dcb0]

D'accord, merci !

[jls28]

Bonjour,

la valeur de R1 (10k) me semble quelque peu exagérée,
essaye 100 ohms, ça peut influencer la vitesse

[antek]

Remplacer R1 par une 100 ou 200 Ohm et charger le géné avec une 10 k.
Relier la grille de U11 au 0 V à travers une 10 k ou plus.

Il existe des interrupteurs à MOSFET avec cde intégrée qui sont peut-être plus rapides.

Pourquoi être si pressé ?

[invitefe75dcb0]

Merci pour ces dernières réponses.

J'avais essayé de diminuer R1 mais elle n'a pas d'influence sur la réponse temporelle.

Si je relie la grille de U11 à la masse, je ne vois pas comment je pourrais le commander ensuite...



L'entrée symbolise la présence d'alarmes ou non, on m'impose une réactivité inférieure à 5us...


J'ai trouvé un driver mosfet, mais je ne trouve pas de modèle spice pour le moment pour simuler ce composant..

[Antoane]

Bonjour,

Peux-tu mettre le mosfet entre la charge et le GND ?
Ca simplifierait le problème.

[antek]

J'avais essayé de diminuer R1 mais elle n'a pas d'influence sur la réponse temporelle.

Si je relie la grille de U11 à la masse, je ne vois pas comment je pourrais le commander ensuite...

L'entrée symbolise la présence d'alarmes ou non, on m'impose une réactivité inférieure à 5us...

- menteur . . .
- . . . à travers une résistance !
- au déclenchement ou pour l'arrêt alarme ?

[invitefe75dcb0]

Antoane, Quand tu parles de la charge, c'est de R6 j'imagine?

Non je ne peux pas car R6 n'existe pas réellement, cette résistance est juste là pour ne pas saisir tout mon schéma..
J'étudie juste la partie switch rapide ici.


Ok Antek, je mens peut être un peu. ça varie très légèrement (moins de 1us au déclenchement et rien du tout pour l'arrêt..) mais c'est pas ça qui va influencer ma réponse finale...

[Antoane]

Bonjour,

ok.

Avec 20pF de Cin pour le 2N7002 et 10k de Rg, le RC vaut 200 ns, c'est à dire pas grand chose face aux 5 µs visés.
De plus, ce RC ne caractérise pas la durée de la transition du Vds mais celui du Vgs. La transition va être beaucoup plus rapide et le RC va principalement se traduire par un retard à l'enclenchement (de durée définie par le RC et le Vgsth du 2N7002).

Méthode 1.
Utilisation d'un switch intelligent du genre : http://www.st.com/content/ccc/resour...CD00152099.pdf mais pour 40V, il n'y a pas beaucoup de marge ; je n'ai pas trouvé mieux.

Méthode 2.
Utilisation d'un driver discret du genre de celui en PJ :

Avec un PMOSFET

Méthode 3.
Utilisation d'un driver intégré, tel que : http://www.linear.com/product/LTC7001
Avec un NMOSFET

[invitefe75dcb0]

Bonjour,

Merci beaucoup Antoane!

Si avec ça je n'arrive pas à m'en sortir.... ^^

Effectivement, le switch intelligent est restreint dans sa plage de fonctionnement. Mais les deux autres méthodes m'ont l'air carrément valables !

[invitefe75dcb0]

C'est bon !

Méthode 2 validée

Commander la grille avec un push-pull était une très bonne idée.

Encore merci pour vos réponses

[invitec1bcf827]

Bonjour

Actuellement en apprentissage je reprends le travail d'un stagiaire. Visiblement il est venu ici car je retrouve son schéma..

Mais il n'avait pas totalement fini..

Il manque les capacités de découplage de notre circuit. Ce qui retard considérablement le temps de coupure..
commutation3.JPG

La capacité de 22uF freine le système :
resultats_commutation3.jpg

Alors j'ai pensé utiliser un push-pull MOSFET sur la sortie comme suivant :

commutation.JPG

Mais on a une chute de tension à la sortie lorsque le MOSFET P est passant. On retombe sur notre pont diviseur formé par r5 / r6

Auriez vous d'autres idées?

Merci

[Antoane]

Bonjour electronoobs et bienvenue sur Futura.

> http://forums.futura-sciences.com/at...mmutation3.jpg
A quoi sert C1 ?
Sans même parter de vitesse de commutation, C3 est néfaste, elle engendre des pics de courant dans le mosfet et elle même à chaque commutation. Très probablement ni l'un nin l'autre n'apprécient.

> Mais on a une chute de tension à la sortie lorsque le MOSFET P est passant. On retombe sur notre pont diviseur formé par r5 / r6
Sur ce schéma : http://forums.futura-sciences.com/at...mmutation3.jpg, c'est normal et un bon point. Sans cela, appliquerait -24 V de Vgs à U1. La plupart des MOSFET ne résisterait pas à ce traitement. Avec ce circuit, tu applique une quinziane de volts, ce qui est très bien.

> http://forums.futura-sciences.com/at...ommutation.jpg
La réalisation d'un demi-pont est plus complexe que c'elle d'un "simple" drive high-side ; en particulier, il faut s'assurer qu'il n'y ait pas de cross-conduction des deux mosfets : lorsque la tension de grille des mosfets passe de +24 V à 0V (ou inversement), il est un moment où elle est à 10V. A cet instant (qui peut durer quelques dizaines de ns à µs), les deux mosfets sont passants et court-circuitent l'alimentation. Il faudrait donc séparer les commandes des deux transistors :
- le PMOS commandé et +24/+14 V ;
- le NMOS commdé en 0/10 V ;
- les commandes étant légèrement déphasées.

PS : Ce type de circuit push-pull est intéressant pédagogiquement mais il existe aujourd'hui des circuits intégrés faisant tout le travail.

[invitec1bcf827]

Bonjour Antoane, merci pour l'accueil et ta réponse!

C1 permet de faire un filtre basse fréquence avec R1.

Ah oui effectivement, je n'avais pas pensé que les deux seraient conducteur à un moment.

Des circuits intégrés faisant tout le travail ? Tu parles des drivers de MOSFET?
Je vois que ce composant a déjà été abordé dans la discussion.
J'essaye de trouver un modèle de driver non piloté en entrée par un signal TTL et qui possède un modèle spice pour valider avant de maquetter.
Mais ce n'est pas évident.

Je dois creuser de ce côté là je pense.

[Antoane]

Bonsoir,

Des circuits intégrés faisant tout le travail ? Tu parles des drivers de MOSFET?

Par exemple.
Ou directement des demi-ponts intégrés.
La charge reste alimentée en continu ou son alimentation est hachée ? à quelle fréquence ?

J'essaye de trouver un modèle de driver non piloté en entrée par un signal TTL et qui possède un modèle spice pour valider avant de maquetter.

Par quoi souhaites-tu piloter le driver si pas du TTL ?
Globalement, ce ne sont généralement pas des circuits des plus complexes et on pourra assez précisément l'analyser sans simulation. A vrai dire, la partie qu'il serait intéressant de simuler est la plus complexe à caractériser : le PCB, les éléments parasites, etc.

[invitec1bcf827]

Bonjour,

Oula, tu me parles de choses encore obscures à mes yeux

La charge, R7 ? Elle reçoit de la tension quand le MOSFET est passant si je ne me trompe pas pas. c'est tout.

J'ai craqué, oui biensûr le TTL va faire l'affaire, mon entrée est en TTL ( mon +5V le caractérise)

Pour toi ça parait anodin, mais quand tu débutes tout te parait abstrait..

[Antoane]

Bonjour,

La charge, R7 ? Elle reçoit de la tension quand le MOSFET est passant si je ne me trompe pas pas. c'est tout.

C'est d'elle dont je parle.
On trouve beaucoup de circuits qui ne sont capables de laisser alimentée la charge que pendant "un certain temps", puis doivent en couper l'alimentation "le temps de reprendre leur souffle". Ce n'est souvent pas un problème car on cherche justement à hacher la tension fournie à la charge. Est-ce que tu fais ou entends-tu laisser R7 alimentée pendant longtemps (> 100 ms) ?


Au fait, pourquoi les propositions données en post#12 ne te conviennent-elles pas ?
En simu, avec C3 (http://forums.futura-sciences.com/at...mmutation3.jpg) retirée, il n'y a pas de problème de retard.

[invitec1bcf827]

A vrai dire R7 n'existera pas, elle permet de simuler localement le circuit sans tout saisir.
J'utilise un ventilateur et un dissipateur thermique pour éviter son échauffement.


Ce qui m'embête avec la méthode 1 ou 3 c'est de pouvoir les simuler avant de tout souder.
Je ne trouve pas les modèles, et je préfère valider avant en CAO que de tout cramer...

[Antoane]

Linear Technology (comme de nombreux fabricants) propose des modèles spice des ses circuits.
A utiliser directement dans LTSpice (simulateur gratuit distribué par LT) ou à importer dans PSpice.

Tu ne te retiens apparemment pas d'utiliser un schéma "de base" de datasheet (exemple : http://cds.linear.com/image/38013.png). Tu peux mettre en œuvre ce type de circuit les yeux fermés, sans te demander si il vont fonctionner.
La difficulté éventuelle sera dans tout ce qui n'est pas indiqué sur le schéma :
- découplage ;
- routage ;
- etc.

"En vrai" de quel type de charge s'agit-il ? moteur, résistance, etc. ?

[invitec1bcf827]

Oui j'ai vu ça, j'ai donc essayé l'outils LTSPICE mais je dois mal m'y prendre

Je ne vois que la commande 5Volts pulsé, les tensions en bleu (grille du NMOS) et en rouge (source du NMOS) restent tout le temps nulle...



J'utilise une charge resistive, 3 résistances de 7.5 Ohms (100 Watts) en parallèle.
Mais en vrai cela vient couper la tension ou l'établir sur mon circuit.

[Antoane]

> Je ne vois que la commande 5Volts pulsé, les tensions en bleu (grille du NMOS) et en rouge (source du NMOS) restent tout le temps nulle...
Mieux vaut éviter d'utiliser les modèles "standards" de composants (mosfets, diodes, transistors bipolaires, etc.) Il serait préférable de donner à M1 une référence de composant présent en bibliothèque.
Il faudrait mettre une charge en sortie du circuit (R7).
Je t'invite à (re)lire le paragrapghe Bootstrapped Supply (BST-TS), page 9.

> Mais en vrai cela vient couper la tension ou l'établir sur mon circuit
un circuit électronique "complexe" ?
Est-il raisonnable de vouloir en commuter l'alimentation en 5 µs ? n'existe-t-il pas de condensateurs stockant de l'énergie dans ce circuit, rendant ce timing inatteignable/inutile ?

[invitec1bcf827]

Bonjour,

Je n'ai pas eu le temps de m'y remettre depuis...

Mais je dois dire que je galère avec les exemples sous LTSPICE.

Effectivement, utiliser un composant présent dans la bibliothèque donne des réponses plus acceptables.
J'ai essayé différents driver pour pouvoir mieux comprendre leur fonctionnement.

Par exemple le LTC4440.
LTC4440.jpg

On peut voir :
- en vert la commande d'entrée
- en bleu la commande sur la grille
- en rouge la tension au niveau de la source du NMOS.

Je me demande pourquoi la tension en rouge ne passe pas de 24 Volts à 0 Volt au lieu de 18Volts....

Il doit y avoir quelques subtilités qui m'échappe pour encore.


Sinon, la commutation viendra couper les drains des transistors d'un module de puissance, et il y a bien des condensateurs qui stockent de l’énergie mais j'en ai besoin alors il faut que je trouve la solution adéquate...

[Antoane]

Bonjour,

> Sinon, la commutation viendra couper les drains des transistors d'un module de puissance, et il y a bien des condensateurs qui stockent de l’énergie mais j'en ai besoin alors il faut que je trouve la solution adéquate...
Moi comme d'autre voudront bien chercher avec toi, mais il nous faudra une vue d'ensemble détailler...

> Par exemple le LTC4440.
http://cds.linear.com/docs/en/datasheet/4440fb.pdf
Ce composant ne peut pas garder en continu la charge alimentée.
Demande à google de te parler de "bootstrap mosfet driver".

> Je me demande pourquoi la tension en rouge ne passe pas de 24 Volts à 0 Volt
Si le potentiel sur la grille du mosfet est de 10 V, sa tension de source ne peut pas dépasser environ 7 V = Vg - Vth, avec Vth la tension de seuil du mosfet.
Pour avoir 24V sur la source, il faut une trentaine de volts sur la grille. C'est l'intérêt du bootstrap, ou de la pompe de charge intégrée au LTC7001.

> au lieu de 18Volts....
do'où vient cette valeur ? Je ne vois pas quel sens elle pourrait avoir

[invite5637435c]

Bonjour,

le LTC7000 est fait pour un fonctionnement statique.
@+