Calcul de pertes

[Sparow J]

Bonjouuuur,
je travail sur un circuit de redressement synchrone et j'ai deux questions:
la premiére est lié au transformateur:
es ce que les pertes fer varie avec la charge ou pas, la formule que j'utilise est sur l'image et se trouve a la page 22 du pdf en lien, et ne fait intervenir que les volumes et le delta B qui est dépendent que de la tension et pas de courant.

Capture.PNG

https://www.infineon.com/dgdl/Infine...544cc1d15c20d7

Ma deuxiéme question est:
j'ai le circuit de commande des mos du redressement en lien suivant page 7
avec une résistance en plus entre la pine GATE (1 et 2) et la grille)

https://www.onsemi.com/pub/Collateral/AN-6208.pdf.pdf
le montage est le suivant
Capture1.PNG

et en regardant a la camera thermique les résistances R500 et R501 qui valent 100ohm chacune chaufe beaucoupe et je veut calculé combien elles consome.
en attente de vos réaction ou plus d'information
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[Antoane]

Bonjour,

Les pertes dans un circuit magnétique sont fonction :
- de la fréquence ;
- de la forme du signal champ magnétique : forme (e.g. triangle, sinus, etc) et amplitude.
- du matériau magnétique.
L'étude des pertes dans le ferrite est un sujet complexe, qui continue à faire l'objet de nombreux travaux de recherche. Les modèles basés sur l'équation de Steinmetz (https://en.wikipedia.org/wiki/Steinmetz%27s_equation) sont les plus utilisés.

C'est cette équation qui est proposée dans la note d'application d'Infineon. Suivant la topologie, le courant de charge intervient via le ΔB.


R500 & R501, associées à C506, forment un snubber. Son rôle est probablement d'absorber et dissiper l'énergie contenue dans l'inductance de fuite Lf de T6B. Dans ce cas, la puissance dissipée par les résistance serait de 0.5*Lf*I²*fsw, où I est le courant circulant dans le transfo au blocage de Q500 et fsw est la fréquence de découpage.

[invite5637435c]

Bonsoir,

Dans la pratique les pertes doivent être étudiées au moment du dimensionnement du transformateur, il doit y avoir équilibre entre les pertes fer et les pertes cuivres, sans quoi le rendement sera altéré.
Selon la topologie il y aura des choix à faire, tels que le placement de l'entrefer (pas nécessairement centré comme dans le cas d'un demi pont résonnant ou cela est souvent néfaste), le choix du mode de redressement (point milieu au secondaire ou pas), fils de Litz ou feuille de cuivre, qualité de la ferrite, etc.
Dans l'industrie on utilise des simulateurs possédant les caractéristiques des matériaux et évaluant les géométries selon les différentes stratégies de bobinages.
Souvent 2 ou 3 prototypes sont assemblés pour tester les pertes comparativement aux simulations.
De fins ajustements permettent d'obtenir ce précieux équilibre.

[Sparow J]

Merci pour vos réponses,
Pour les pertes fer comme expérimentalement on les calcule comme étant la puissance consommée par le transfo au primaire le secondaire ouvert, et comme en magnétisme les grandeurs magnétiques sont souvent lier au grandeurs électriques le B est équivalent a en tension (cas d'un signal sinus E=4.44 f*n*Delta(Bmax)*S), donc j'ai calculé le Delta Bmax a partir de la tension appliquée a l'entrée du transfo et le reste des paramétrés du matériau et du circuit. et comme je l'ai dit au paravent je pense que ces pertes ne varient pas ou du moin varient trés peut avec la charge, par ce que magnétiquement les pertes fer c'est la surface du cycle d’hystérésis et le fait d'augmenté le courant n'affect pas le B mais le H, donc si on atteint déjà la saturation a vide la surface du cycle ne variera pas.
plus d'information sur la topologie:
Structure LLC tournant a 110kHz, avec self externe, le materiau ferrite est ferrocube 3C94, n=12.5, 2 spires au secondaire, Vtank=175, Vout=14.24, Iout=60A

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite5637435c]

J'ose espérer pour votre montage que vous n'atteindrez pas la saturation...
Si vous n'étudiez que les pertes à vide vous n'aurez qu'une partie des pertes fer, surtout à 60A de sortie.
La stratégie de bobinages est également très importante (voir les effets de proximité notamment et comme je l'ai déjà dit la position de l'entrefer pour minimiser le rayonnement et les champs d'influences).
Il vous faudra au secondaire vous efforcer d'annuler ces champs en mixant les couches de bobinages.
Vous découvrirez qu'entre la théorie et la pratique il y a tout un monde pour obtenir un transfo équilibré thermiquement et offrant un bon rendement.
Ce que vous ne trouverez dans aucune note d'application puisque ce n'est pas la finalité.
Bon courage.

[Sparow J]

Effectivement le delta B dépend de la tension d’attaque primaire et pas du courant,ainsi que la fréquence, pour le calcul des pertes j'ai fais le tour, et j'ai eu par rapport au transformateur la conclusion suivantes:
le bobinage chauffe beaucoup (environ 130°C sous 20°C d'ambiant) donc à 55°C j'aurais 165°C
il y a donc deux solutions soit passer à une spire au secondaire au lieu de deux mais cela pose deux problème:
si je garde les mêmes paramétrés et le même disign le delta B va doubler! et les pertes fer augmente beaucoup
donc dans mon approche pour limiter les pertes fer j'augmente la section effective pour reduire le delta B mais c'est pas suffisant, donc j'augmente avec la fréquence de découpage, aujourd'hui au nominale je suis à 100kHz, et en dernier une des idée qui peut marcher c'est le transformateur planar qui offre un bon ratio Ae/Ve (aujourdh'ui c'est un ETD 44).
dites moi dans les commentaires que ce que vous en pensez

[Sparow J]

pour l'effet de proximité j'opte pour un entrefer reparti en espérant que le bruit ne soit pas gênant , quand a la stratégie de bobinage c'est en sandwitch, en fil de litz deux fils en mains pour les deux secondaires, et un de mais problèmes aujourd’hui c'est les surtensions sur le redressement synchrone, la cause et les inductances parasites dans:
le transfo entre les deux secondaires
le pcb
le package des transistors de SR
des idées pratique pour les reduire serais les bienvenus

[Sparow J]

l'autre aspect est d’intégrer le self du LLC dans le transfo, mais je trouve pas trop de chois sur les transfo spliter, ce qui est aussi en contradiction avec la diminution de nombre de spire car je devise l'inductance de fuite primaire secondaire par 4.
et pour maximiser le couplage entre les deux secondaires j'ai opter pour du feuillard.

[invite5637435c]

Le planar sera bien pire à maîtriser qu'un noyau classique.
Vous devez baisser le champ d'induction B.
A quel valeur l'avez vous dimensionné?
Quel noyau avez-vous sélectionné?
Présentez une feuille de calcul et votre dimensionnement si vous voulez de l'aide.
Sur ce type de sujet il faut de l'organisation et si possible postez des photos, un routage ou câblage foireux ne pardonnera pas.
Si vous avez une seule spire au secondaire c'est que vos choix de départ sont mauvais.
Donc reprécisez clairement tout ça, ce que vous voulez faire, quelle tension de sortie, quelle plage d'entrée, quelle puissance et je vous ferai un dimensionnement du transfo.
A+

[invite5637435c]

La réalisation d'un transfo LLC n'est pas à la portée d'un débutant, tout comme un planar, je vous conseille donc de démarrer par un transfo avec la self de résonance en externe du transfo.
Vous verrez que c'est déjà du boulot à designer avec un bon rendement.
Il faut d'abord gravir des collines avant de s'attaquer à l'Everest

[Sparow J]

En faite laisse moi te parler un peut de mon everest
j'ai déja un chargeur fonctionnel avec un rendement max de 90% en trois étage PFC LLC et répartiteur
mais je veut 92% avec un cout résonable.
mon LLC à déja une self externe, et en espérant gagner en cout et en espace je veut integrer la self dans le transfo, et c'est à présent chose faite,
mon autre probléme est les sur tensions sur le mos de redressement synchrone, qui me force é utiliser des mos de 75V au lieu de 60V, et cela est en route sur un etd 54 le tous en une spire secondaire en point milieeu avec du feuillard.
Qu'en pense tu?

[invite5637435c]

J'en pense que pour gagner en rendement après le redressement synchrone en sortie il y a moyen de gagner environ 3% en s'attaquant à la face nord.
1/ remplacer le pont redresseur par un redressement full MOS.
2/ Opter pour du GAN.
Un chargeur de batterie avec l'inductance de résonance intégrée dans le transfo est un gain économique pas fonctionnel.
Un chargeur à une variation de tension trop importante pour garantir un fonctionnement à haut rendement avec cette technique.
Contrairement à une alimentation.
C'est faisable pour un chargeur mais vous verrez que les performances sont moins bonnes qu'avec une inductance externe.
En revanche faire gicler le pont est la meilleure piste pour gagner sur le rendement général.
Après vous avez le SIC qui offre de très bons résultats à plus hautes fréquences.
Quelle puissance votre chargeur?
Vous pouvez utiliser aussi des MOS plus basse tension en ayant plusieurs sorties montées en polyphasées.
Le feuillard introduit parfois des effets capacitifs mais ça reste pratique , pour ma part je privilégie le méplat ou le litz, selon les contraintes et les coûts à atteindre.
A+

[Sparow J]

en puissance c'est 855W sans ventilateur!
aujourdh'ui j'arrive à faire integrer la self dans le transfo mais les surtensions sur le mos de redressement synchrone sont assez elevés 66V pour 15V de sortie donc une surtensions de 36V, les mos que j'utilise sont des 75V mais si je peut reduire les surtensions et changer les mos 75V par des mos 60 V ou le Rds on est assez faible et en choisissant des coss faible tout en les passant en smd je gagnerai en rendement.

[invite5637435c]

En principe vous ne devriez pas avoir de telles surtensions, empiriquement on considère 3x la tension de sortie max pour choisir la tension Vds(max) du Nmos.
Par exemple sur mes alimentations 12V 300W je mets des Mos 40V et j'ai une marge de 25%.
Il faudrait voir comment et à quel moment cette surtension survient.
Je regarderai en priorité du coté du câblage/routage, je crois comprendre que vous n'êtes pas en CMS, et également le rapport de spires du transfo, la prise en compte ou non des capacités de sortie des MOS du pont.
Si vous avez une vue au scope de votre courant primaire à vide et à pleine charge, je pourrais vous donner mon opinion si elle vous intéresse.
Mais en principe quand on réalise avec succès un chargeur de 800W on a pas besoin de conseils

Sinon bon courage et bonne suite.

[Sparow J]

Bonjour Hulk,
je revient en fin avec un transfo qui tien la route
une spire par secondaire en feuillard 0.8 d’épaisseur ce choix est surtout inspiré de l'evaluation board d'infineon :
https://www.infineon.com/dgdl/Infine...544cc1d15c20d7
13 spire au primaire
en fil de litz 200*0.1
pour les sur tension avec une spire je réduit les inductances parasite puis avec la nouvelle empreinte des mos secondaires l'inductance de package et aussi réduit j'ai testé de configurations un avec snubber rc et l'autre avec rcd les deux se portent pas mal.
j'ai utilisé du SiC sur les diodes de pfc et ca améliore pas mal le rendement.
à 115V d'entrée un dérating de 90% permet de fonctionné en fanless.
pour grater encore unpeut j'ai repansé a ta proposition sur le pont de diode et j'ai trouvé deux pistes la premiére avec un micro basé sur cette EVA board de TI : http://www.ti.com/tool/PMP5568
et la deuxiéme qui est toute récente de NXP mais que je trouve en vente nulle part : https://www.nxp.com/docs/en/data-sheet/TEA2208T.pdf
je sais pas si ta d'autres piste à exploré je serai ravi de les entendre.