Aide choix Mosfet N pour PWM sur moteur 200W

[Antoane]

Bonjour,

Il peut être intéressant d'ajouter une résistance de pull-down sur l'entrée du TC4420. Voire une résistance en série avec l'entrée du driver pour le protéger au cas où une tension "déraisonnable" serait appliquée en entrée.

C3 est de capacité négligeable devant C4 et du fait de leurs dimensions, C3 et C4 seront nécessairement "loin" du driver. Vu du driver, ils seront finalement quasiment en parallèle et C3 n'apportera rien. Il peut être supprimé.

Il est intéressant de repérer sur le schéma du circuit les boucles de courant commuté pour identifier les mailles dont l'inductance doit être minimisée (pour limiter les surtensions au blocage) :

- maille de puissance (incluant le MOSFET, la diode, le transistor de découpage, la capa de découplage de bus DC) - en jaune sur la figure ci-dessous
- la boucle du driver, incluant ses broches d'alim et son condensateur de découplage - en bleu sur la figure
Il faudra également limiter l'inductance de la maille de commande (driver - résistance de grille - capa d'entrée du MOSFET) - en vert sur la figure

fs269.jpg
L'inductance de la maille de puissance (en jaune) va être colossale car elle intègre tout le câblage de l'alimentation. Pour la diminuer, il faut ajouter un condensateur de découplage sur le bus de 48V de manière à réduire autant que possible la surface de la maille.

On peut ensuite rechercher ces mailles sur le routage (j'ai ajouté un condensateur de filtrage sur le bus DC).

- en jaune la maille de puissance : c'est pas mal, mais on gagnerait en échangeant les positions de la diode et du connecteur allant au moteur.
- en bleu les deux mailles correspondant à l'alimentation du driver, une maille pour chaque condensateur de 100 nF C1 et C2 (on aurait pu trouver d'autres mailles pertinentes). La maille notée "1" (via C2) est de faible surface, c'est bien. La maille notée "2", quant à elle, est de très grande surface. Ainsi câblé, l'inductance de la maille incluant C1 est à peine plus faible que celle incluant C4, rendant C1 inutile.
Une solution peut consister à mettre C1 directement à côté de U1 et à faire passer le signal de commande entre ses jambes (quitte à passer sur boitier 1206). Une autre solution consisterait à utiliser le plan de masse en bottom pour fermer la maille,
- en vert la maille du circuit de commande : RAS.

fs270.jpg

Il peut, par ailleurs être intéressant de séparer les circuits de commande et de puissance en réalisant une masse en étoile au niveau de la source du mosfet, par exemple en coupant le plan de masse comme ci-dessous :
fs271.jpg
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[Seb.26]

Énorme merci pour cette superbe réponse !

Donc j'ai mis à jour le PCB en v1.1 :

SCH_01.jpg
PCB_01.jpg
PCB_02.jpg

[Seb.26]

Question subsidiaire : pour réduire la surface d'une maille, est-ce que d'ajouter des vias sur le GND est une bonne idée ? ... en exagérant : mettre des vias partout où y'a du GND en top et en bottom, c'est bête ou pas ? ...

Par exemple dans mon cas :

Comme ça, le courant passe par : les vias >> le bottom >> re les vias.

[Antoane]

https://forums.futura-sciences.com/a...00w-pcb_01.jpg > ça m'a l'air pas mal

Question subsidiaire : pour réduire la surface d'une maille, est-ce que d'ajouter des vias sur le GND est une bonne idée ?

Il n'est pas pénalisant de minimiser toutes les inductances parasites, mais celle associée à la boucle incluant C3 (gros et électrolytique, donc destiné au filtrage BF) n'est pas critique, il n'est donc pas nécessaire de chercher à l'optimiser. En l'occurrence, il serait possible de d'éloigner C3 pour :
- libérer de la place permettant de rapprocher C2 et les vias du driver,
- en diminuer l'échauffement causé par sa proximité avec le MOSFET (s'il chauffe)

... en exagérant : mettre des vias partout où y'a du GND en top et en bottom, c'est bête ou pas ? ...

Il y a peut-être des problématiques liées à la fiabilité de tels circuits (en particulier en cyclage thermique), mais sans certitude.


Le condensateur de découplage de bus local (C4 dans https://forums.futura-sciences.com/a...00w-sch_01.jpg) peut avoir pour valeur environ 10 à 50 fois (voire davantage) la capacité de sortie du MOSFET sous la tension de travail. Il faut par ailleurs (et surtout) que ces composants soient capable de fournir le courant consommé par la charge de manière impulsionnelle. Les datasheet (sérieuses) spécifient des courant max et RMS admissibles.
Attention également au derating de ces composants avec leur tension de polarisation : https://www.maximintegrated.com/en/d...ls/5/5527.html

[Seb.26]

Le condensateur de découplage de bus local (C4 dans https://forums.futura-sciences.com/a...00w-sch_01.jpg) peut avoir pour valeur environ 10 à 50 fois (voire davantage) la capacité de sortie du MOSFET sous la tension de travail. Il faut par ailleurs (et surtout) que ces composants soient capable de fournir le courant consommé par la charge de manière impulsionnelle. Les datasheet (sérieuses) spécifient des courant max et RMS admissibles.
Attention également au derating de ces composants avec leur tension de polarisation : https://www.maximintegrated.com/en/d...ls/5/5527.html

... bon, je décode tout ça et je reviens avec un meilleur choix ! ...

En tout cas, merci beaucoup !!!

[Seb.26]

Donc ...

Le condensateur de découplage de bus local peut avoir pour valeur environ 10 à 50 fois (voire davantage) la capacité de sortie du MOSFET sous la tension de travail.

Dans la datasheet, je trouve :

Output capacitance ( Coss ) @ Vds 50v / f 1MHz = 523 pF

Cbus -> 523pF * 50 = 26nF ... disons 22nF ...

Il faut par ailleurs (et surtout) que ces composants soient capable de fournir le courant consommé par la charge de manière impulsionnelle. Les datasheet (sérieuses) spécifient des courant max et RMS admissibles.

Je ne trouve pas une seule datasheet avec une valeur de courant max/rms ... ... plus personne de sérieux ?

Attention également au derating de ces composants avec leur tension de polarisation : https://www.maximintegrated.com/en/d...ls/5/5527.html

Alors Cbus = 12061C473KAT2A - Condensateur céramique multicouche CMS, 47000 pF, 100 V, 1206 [3216 Metric], ± 10%, X7R
http://www.farnell.com/datasheets/2237835.pdf

[Antoane]

Bonjour,

Au temps pour moi : le courant max RMS n'est pas spécifié, il doit être déduit de l'échauffement max admissible et de l'ESR du composant
https://www.murata.com/en-eu/support...mlcc/char/0001

La série GR3, par exemple, est donnée pour de fortes ondulations de courant (même si du X7R serait préférable au X7T, qui présente une plus forte dépendance de C avec la température). Le facteur de dissipation (DF) est proche de 1% jusqu'à 2 MHz.

Murata, par exemple, propose un soft pour extraire les caractéristiques typiques de ses condensateurs, en particulier :
- la diminution de la capa avec la tension de polarisation DC ;
- l'échauffement en fonction du courant RMS.

Alors Cbus = 12061C473KAT2A - Condensateur céramique multicouche CMS, 47000 pF, 100 V, 1206 [3216 Metric], ± 10%, X7R
http://www.farnell.com/datasheets/2237835.pdf

A un facteur de dissipation de ~10 %, ce qui est assez énorme : le composant n'est pas fait pour du filtrage de puissance.

Note que prendre un MLCC dans un gros boitier (e.g. choisir un 100nF/100V en boitier 1206 plutôt que 0805) :
- améliore la dissipation thermique, et donc diminue la température du composant, d'où une fiabilité accrue, un plus fort courant acceptable, etc. ;
- diminue la dépendance de C avec la tension de polarisation ;
- accroit l'ESL.

[Seb.26]

Murata, par exemple, propose un soft pour extraire les caractéristiques typiques de ses condensateurs, en particulier :
- la diminution de la capa avec la tension de polarisation DC ;
- l'échauffement en fonction du courant RMS.

"Ajouter aux favoris" de suite ... super ça !!!

Bon, après lecture j'ai l’impression que je dois chercher du U2J ou du C0G en "super low esr" ... et en gros boitier ...

Donc je tombe sur ça : C1812C104J1GACAUTO - Condensateur céramique multicouche CMS, 0.1 µF, 100 V, 1812 [4532 Metric], ± 5%, C0G / NP0
http://www.farnell.com/datasheets/2746735.pdf
http://www.kemet.com/Lists/ProductCa...G_AUTO_SMD.pdf
( 2,10€ le condo ... ... ça fait cher du kilo !!! )

Typical applications include critical timing, tuning, circuits requiring low loss, circuits with pulse, high current, decoupling,
bypass, filtering, transient voltage suppression, blocking and energy storage.

... ça a l'air de coller ... ? ...

[Antoane]

Le C0G est généralement utilisé pour sa stabilité, pour de faibles valeurs de capa. Du fait de sont coût et la stabilité n'étant pas importante en découplage, on lui préfère généralement du X7R ou autre.
En l’occurrence, ton choix me parait correct

[Seb.26]

En l’occurrence, ton choix me parait correct

Pour le coût, peu importe, c'est pour en faire 1 pour moi, donc ... ... si avec ça je suis tranquille, je vais pas passer 2 jours à chercher une autre ref pour gagner 0.5€ ...

Merci++

Je mets à jour le PCB.

[antek]

Le résultat est intéressant (on a toujours besoin d'un contrôleur chez soi).

[Seb.26]

Ci-dessous les fichiers de la version v1.2 que je vais commander de suite

PCB_3D_1.jpg
PCB_3D_2.jpg
PCB_TOP.jpg
PCB_BOT.jpg

gerber_driver_v1.2.zip

Grand merci pour votre l'aide sans laquelle rien ne serait possible

[antek]

Ci-dessous les fichiers de la version v1.2 que je vais commander de suite

Tout à l'heure d'autres fichiers étaient présents ?!?! (schéma, routage, ...)
J'attendais leur validation ?!?!

[Seb.26]

Tout à l'heure d'autres fichiers étaient présents ?!?! (schéma, routage, ...)
J'attendais leur validation ?!?!

tu as raison je vais ajouter le schéma ...

->

[Edit] par contre, quand je clique sur une PJ, j'ai un écran noir ?? ...

[antek]

Des problèmes techniques en ce moment parait-il !

[annjy]

Bsr,

il y a (déjà) quelques années, j'avais fait du rétro-engineering sur une commande de moteur de chariot de golf...(que j'ai trouvé assez astucieuse, mais qui peut-être date un peu). Le moteur était en 12V, mais doit faire dans les 150 à 200W
Le schéma est au post #85.

https://forums.futura-sciences.com/e...de-golf-3.html

Si ça peut aider....(il y a une sécurité en courant)

cdlt,
JY

[Seb.26]

Tadaaaa

PCB reçu et soudé !

Voici le résultat :
J'ai pas encore testé mais ça ne saurait tarder.

Je suis super content du résultat en tout cas, merci encore à vous !

... to be continued ...

[Seb.26]

Premiers test effectués à l'instant ... ça marche à la perfection !!!

Faut que je vois ce que ça donne avec une "charge" sur le moteur, là il tourne à vide.

J'ai mis 10kHz comme fréquence de PWM pour le moment.

Testé en 2 minutes avec un Arduino et un potar :

#include <TimerOne.h>

#define PWM_OUT 11

void setup()
{
  Timer1.initialize(100);  // 100 us = 10 kHz
}

void loop()
{
    Timer1.pwm(PWM_OUT, analogRead(A0));
}

[Antoane]

Bonjour,

Merci du retour.
As-tu mesuré à l'oscilloscope la tension entre drain et source du MOSFET ? temps de monté, dépassement (voire sa relation avec le courant de charge), fréquence des oscillations...
Il faut connecter la sonde 10:1 de manière faiblement inductive (en particulier pour la pince de masse) au circuit, a minima en enroulant le fil de masse autour de la sonde pour minimiser la surface de la boucle de courant entre la pointe de la sonde et la pince de masse.

[Seb.26]

As-tu mesuré à l'oscilloscope la tension entre drain et source du MOSFET ? temps de monté, dépassement (voire sa relation avec le courant de charge), fréquence des oscillations...

Hello
J'avais essayé de regarder "à vide", donc juste avec l'oscillo, mais avec une commande PWM collée au GND, je voyais un 0..48v @ 50Hz, j'en avais conclu que comme mon oscillo n'est qu'un jouet USB il perturbait et/ou lisait mal la sortie.
... mon voltmètre me donnait 0v, ce qui m'avait conforté dans cette idée.

Donc j'avais ensuite testé avec une ampoule "au cas où" ...

Je retente une mesure avec le moteur ?

Il faut connecter la sonde 10:1 de manière faiblement inductive (en particulier pour la pince de masse) au circuit, a minima en enroulant le fil de masse autour de la sonde pour minimiser la surface de la boucle de courant entre la pointe de la sonde et la pince de masse.

heu ...

[Seb.26]

PS: comme je l'avais dit, j'ai 8 PCB en rab (j'en garde un au cas où) , si ça intéresse quelqu'un : MP ... c'est gratuit évidement ... j'offre même l'enveloppe et le timbre ...

[Antoane]

Bonjour,

J'avais raté ton message :
Avec une charge résistive, lorsque le mosfet est bloqué, la sortie est reliée au Vcc au travers de la charge. Avec une charge inductive, lorsque le mosfet est bloqué, la diode est passante et la sortie est reliée au Vcc via la résistance dynamique de la diode, c'est à dire l'inverse de la dérivée de sa caractéristique (Vf, If), c'est à dire que la sorti est quasiment court-circuitée au Vcc. A vide, en revanche, la tension de sortie reste proche de zéro : il n'y a rien pour la tirer au Vcc : la diode est assimilable à un circuit ouvert.

Les lampes halogènes/à incandescence ont une résistance à froid bien plus basse qu'à chaud, et appellent donc un courant d'allumage important (de l'ordre de 4 à 10 fois le courant nominal).