Problème de MOSFETs et piezos

[Kadock]

Bonjour Futura Forum

Nous sommes en Terminale SI, et nous avons choisit pour projet de PPE un sécheur de linge à ultrason. Le principe est à peu près le même que pour un diffuseur d'huiles essentielles, c'est à dire avec un piezo vibrant à une certaine fréquence ce qui permet de "pulvériser" des gouttelettes d'eau.
Après recherches, nous sommes parvenus à la fréquence de 1.7 MHz, et afin de contrôler notre piezo, nous utilisons un pont en H réalisé avec des MOSFETs (P-Channel : https://www.mouser.com/ds/2/196/Infi...-en-522840.pdf et N-Channel : https://www.mouser.com/ds/2/196/Infi...en-1226990.pdf, voir image jointe n°1).
Pour faire des tests, nous utilisons un générateur de signal carré pour piloter le pont et un oscilloscope pour mesurer le signal de sortie du pont. Avec des fréquences inférieures à 1 KHz, le pont en H semble marcher correctement, mais au delà de cette fréquence, le pont ne semble pas avoir le temps de se "décharger" (voir images jointe n°2). Nous avons donc ajouté une résistance entre le drain des MOSFETs P-Channel et le 0v, cependant pour obtenir un signal "correct" à seulement 50 KHz, il faut une résistance de 100 Ohms avec une grande dissipation thermique, et réduire encore cette résistance augmenterait drastiquement la consommation, qui était à la base l'un des avantages de notre projet.
Le problème serait donc à priori l'effet capacitif des transistors, mais nous n'avons pas vraiment compris comment résoudre ce problème.
Après plusieurs semaines de recherches, nous nous tournons vers une âme charitable qui pourrait nous aider.

Nous vous remercions d'avance de votre aide !
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[antek]

Essayer en remplaçant le piezo par une résistance.
Vous voulez commuter le pont à 1,7 MHz ?
A cette fréquence il faut un driver de MOS (du commerce) ou vous arranger pour que Vgs soit tirée au zéro énergiquement.

[vincent66]

Bonjour...!

Euh 1,7MHz c'est des ultrasons ou des hypersons...?! D'où vient cette valeur...?

[jiherve]

Bonjour,
pusieurs remarques :
#1 vous utilisez un tout petit PMOS et un gros NMOS ayant un max de capa parasites
#2 la commande est insuffisante pour amener le NMOS en pleine conduction
#3 Les commandes ne sont temporellement pas correctes car il n'y a aucun temps mort entre l'activation des paires de transistor, avec le schema le PMOS conduit encore lorsque le NMOS situé sur la même branche passe(s'il pouvait) en conduction, ce qui vous a sauvé de la fumée c'est le #2.
Donc utiliser un driver de MOS avec "Dead time" et changer le NMOS
Pour tester votre montage il faut remplacer le piézo par une capa de valeur ad hoc (qqs nF)
JR

[A voir en vidéo sur Futura]

[Kadock]

Tout d'abord, merci beaucoup pour vos réponses très rapides !

Réponse à Antek : Je ne l'ai pas mentionné, mais nous avons fais des tests avec une résistance à la place du piezo, mais il ne me semble pas que cela changeait grand chose au résultat.
Nous avons fait des recherches sur les drivers de MOS, mais nous avons cru bon, à tord, de faire notre propre pont.

Réponse à vincent66 : Effectivement c'est une fréquence assez elevée et qui peut paraitre bizarre. En fait nous avons contacté les auteurs de cette étude (https://www.energy.gov/sites/prod/fi...40516-1205.pdf) sur, justement, le séchage par ultrasons, mais ils n'avaient pu nous révéler la fréquence exacte des piezos, si ce n'est entre 150KHz et 2MHz.
Puis en regroupant les informations trouvées sur différents site, nous sommes arrivés à la conclusion qu'une fréquence correcte serait aux alentours de 1.5MHz, et 1.7MHz était la plus proche fréquence de résonance parmis les piezos que nous avions trouvé.

Réponse à jiherve : Nous n'avons surement pas vraiment bien choisit nos MOS, nous nous sommes seulement basé sur quelques valeurs qui nous semblaient essentielles. Et heureusement pour nous, nous ne faisions les tests qu'avec la moitié du pont (1 PMOS + 1 NMOS).
J'avais vaguement pensé au problème de temps morts, mais j'aurais surement dû m'y pencher un peu plus.

Encore merci pour vos réponses !

[bobflux]

Il te faut un driver solide pour commander les MOSFETs à cette fréquence, et ce ne sera pas évident car 1.7 MHz c'est tout de même haut !

Comme ton piezo est après tout un condensateur:

- Le plus simple serait de faire un circuit résonant LC avec une inductance (variable pour trouver la bonne fréquence). Cela te permettra d'augmenter le rendement, avec un circuit résonant tu auras besoin de moins de puissance électrique pour la même puissance acoustique en sortie. Mais cette solution ne permet pas de varier la fréquence facilement, donc on ne va pas la retenir pour l'expérimentation.

- Tu ne pourras pas le commander avec un signal carré ! ce sera au mieux un triangle ou un carré avec des coins arrondis, parce qu'envoyer une tension carrée dans un condensateur requiert un courant élevé (i = C dv/dt). Ce n'est pas grave, car apparemment tu as juste besoin d'une fondamentale à 1.7MHz et pas d'un signal d'une forme spécifique.

- Tu n'as pas besoin de pont en H ! Un demi-pont suffit (2 MOSFETs au lieu de 4). Le pont en H double la tension... et aussi les pertes. Donc c'est pas sûr que tu en aies besoin. Peut-être... faut voir.

En lisant leur rapport il s'avère qu'ils ont utilisé un gros AOP de puissance avec une tension d'alim max de 100V, commandé par un générateur de signal. C'est une solution qui est pratique car c'est tout fait, d'ailleurs tu pourrais refaire la même ! Ceci dit au niveau du rendement c'est pas génial, et puis c'est un peu cher. Ce n'est utile d'utiliser un AOP (en linéaire donc) que si la forme du signal est importante (et je ne pense pas que ce soit le cas).

Perso, comme compromis entre facilité pour varier la fréquence et coût, je mettrais un demi-pont (2 FET+driver) branché sur le piézo via une inductance de faible valeur et une résistance formant un LC bien amorti afin d'éviter le pic de courant à la commutation (puisque c'est une charge capacitive) et d'obtenir un temps de montée compatible avec la fréquence max. En plus ça permet de commuter les MOS à zéro courant.

Quand tu auras divulgué ton choix de tension, piézos, et valeurs courant on pourra choisir des MOSFETs.

[Chtulhu]

Bonjour,

le mode résonant, avec commutation au zéro de courant, n'est pas au programme de terminale, loin de là même.
Le plus simple est en effet d'utiliser des drivers de MOS, et mieux encore des circuits prévus pour de la commande en pont.
Par exemple le HIP4081:
https://www.intersil.com/content/dam...4/hip4081a.pdf

[bobflux]

J'avais pas vu que vous étiez en terminale

Le composant conseillé par Cthulhu est bien. Il y en a plein d'autres dispo, car commander des MOSFETs est une application très courante, que ce soit pour commander des moteurs ou bien pour faire une conversion DC-DC de puissance, comme sur une carte mère de PC. En fait on aurait plutôt l'embarras du choix...

Sauf que votre fréquence de 1.7MHz est élevée, la plupart des drivers sont spécifiés pour 1MHz ou moins. Ils marcheront probablement à une fréquence plus élevée, à condition de faire un peu attention... faut voir.