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Optimisation chargeur de batterie buck synchrone



  1. #1
    rodolphe.g

    Optimisation chargeur de batterie buck synchrone


    ------

    Bonjour,

    J'essaie de concevoir un chargeur de batterie avec régulation de courant (dans le but de faire un régulateur solaire MPPT).
    Je suis parti sur une topologie convertisseur buck synchrone pour avoir le meilleur rendement mais je reste bloqué sur un point, comment supprimer la diode D3. Celle-ci permet d'empêcher le retour de courant de la batterie dans Q2 mais génère des pertes non négligeables.

    Des idées ?
    Merci

    Capture.PNG

    -----
    Rhodium

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  3. #2
    jiherve

    Re : Optimisation chargeur de batterie buck synchrone

    bonsoir,
    dejà elle est mal placée en aval de la self cela irait mieux et là on devrait pouvoir la remplacer par un bidule à MOS qui ne laisserait passer le courant que si Valim > Vbat.
    JR
    l'électronique c'est pas du vaudou!

  4. #3
    Antoane
    Responsable technique

    Re : Optimisation chargeur de batterie buck synchrone

    Bonjour,

    Quelle utilité vois-tu à D3 ? Pour ma part, ce pourrait-être :
    - protéger le circuit d'une commande défaillante, e.g. Q2 restant constamment passant (il y a plus efficace) ;
    - forcer le fonctionnement en conduction discontinue lorsque le courant de sortie est faible, et ainsi empêcher le courant de s'inverser dans l'inductance (supposant que c'est pertinent, il est dans dans ce cas là plus simple de passer en redressement non-synchrone lorsque le courant de sortie diminue - facile puisque Ibat est mesuré) ;
    - empêcher l'alimentation du circuit connecté sur le drain de Q1 depuis la batterie lorsque l'alimentation d'entrée du buck est retirée (dans ce cas, il est préférable de câbler la diode (ou mieux, un MOSFET) en amont de Q1, sur le rail "haute tension" pour limiter les pertes).
    Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.

  5. #4
    Montd'est

    Re : Optimisation chargeur de batterie buck synchrone

    Quelqu'un avec un projet similaire avait répondu à ce problème : https://youtu.be/9Rz1I2fQnfQ?t=1016
    Ya un bon moyen de se tromper de solution: c'est de se tromper de problème.

  6. A voir en vidéo sur Futura
  7. Comparatifs

    Gagnez du temps et de l'argent grâce à nos comparatifs de produits. Parmi nos sujets :
  8. #5
    Montd'est

    Re : Optimisation chargeur de batterie buck synchrone

    Citation Envoyé par Antoane Voir le message

    Quelle utilité vois-tu à D3 ?
    En pratique sans anti-retour quand le buck synchrone démarre en soft-start, le mosfet de roue libre synchrone est passant du fait de sa commande PWM, le problème c'est que pendant cette période démarrage par le soft start: le courant ne circule pas encore dans le sens buck converter > vers > la batterie, le temps que la tension en sortie de buck atteigne le même niveau que la batterie.

    Ce qui fait que, sans diode par exemple, aux instants de conduction de Q2, ce dernier court-circuite purement et simplement la batterie: et les mos du convertisseur explosent.

    * Ce problème n'existe pas avec un buck non synchrone
    Dernière modification par Montd'est ; 23/04/2019 à 18h53.
    Ya un bon moyen de se tromper de solution: c'est de se tromper de problème.

  9. #6
    Antoane
    Responsable technique

    Re : Optimisation chargeur de batterie buck synchrone

    Bonsoir,

    Merci, j'y avais pas pensé.

    Si c'est possible (en particulier s'il est possible d'agir en amont du driver du low-side ou si les temps mort sont "suffisamment longs"), ya quand même plutôt intérêt à agir directement sur la commande du low-side.
    Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.

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  11. #7
    Montd'est

    Re : Optimisation chargeur de batterie buck synchrone

    Bs

    Citation Envoyé par Antoane Voir le message
    ya quand même plutôt intérêt à agir directement sur la commande du low-side.
    Ce qu'on peut tenter de faire c'est autoriser la commande du LS uniquement quand le courant de charge est effectivement établi (dans le bons sens), sans commande du LS la roue libre se fera quand même via la diode intrinsèque du mosfet.

    C'est tentant, le problème c'est que le condensateur de boot-strap permettant le fonctionnement du mosfet HS, se fait recharger grâce à la commutation du mos LS...

    Faudrait donc pouvoir charger ce condo de boot-strap par un autre moyen au moins pour démarrer...
    Ya un bon moyen de se tromper de solution: c'est de se tromper de problème.

  12. #8
    Antoane
    Responsable technique

    Re : Optimisation chargeur de batterie buck synchrone

    Je rate peut-êtr qqch, mais le condesnateur de boostrap peut se charger par sortie, comme dans tout buck non synchrone.
    Pas de problème si la charge n'est pas très bonne sur les premiers cycles du fait du faible rapport cyclique : le courant est suffisamment pour qu'un fonctionnement à faible Vgs suffise à faire démarrer (en soft-start) le convertisseur.
    Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.

  13. #9
    Montd'est

    Re : Optimisation chargeur de batterie buck synchrone

    Citation Envoyé par Antoane Voir le message
    mais le condesnateur de boostrap peut se charger par sortie,
    Je n'imagine pas dans l'immédiat comment cela peut se produire.
    Ya un bon moyen de se tromper de solution: c'est de se tromper de problème.

  14. #10
    jiherve

    Re : Optimisation chargeur de batterie buck synchrone

    bonsoir
    et pourtant il y a des bucks non synchrones!
    JR
    l'électronique c'est pas du vaudou!

  15. #11
    rodolphe.g

    Re : Optimisation chargeur de batterie buck synchrone

    Bonjour,
    Merci pour toutes vos réponses !
    J'ai fais quelques essais et apparemment en configuration buck non synchrone, le boostrap fonctionne avec une charge résistive, mais ne fonctionne plus lorsque je connecte la batterie. La tension entre Q1 et Q2 ne retombe pas à 0

    La solution de ioduremetallique (youtube) me semble la plus prometteuse.

    jiherve qu'est ce que ça change de mettre D3 en amont ou en aval de la self ?
    Dernière modification par rodolphe.g ; 25/04/2019 à 08h47.
    Rhodium

  16. #12
    invite03481543

    Re : Optimisation chargeur de batterie buck synchrone

    Bonjour,

    la "solution" de ce youtubeur est typique de quelqu'un qui n'a rien compris au fonctionnement d'un buck synchrone... il a au moins le mérite de chercher à se débrouiller sans et c'est déjà pas si mal.

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  18. #13
    Montd'est

    Re : Optimisation chargeur de batterie buck synchrone

    Citation Envoyé par HULK28 Voir le message
    la "solution" de ce youtubeur est typique de quelqu'un qui n'a rien compris au fonctionnement d'un buck synchrone...
    Bonjour, il faut faire quoi donc selon vous ?
    Ya un bon moyen de se tromper de solution: c'est de se tromper de problème.

  19. #14
    invite03481543

    Re : Optimisation chargeur de batterie buck synchrone

    Il y a 2 manières de faire un buck synchrone:
    1/ le mode résonant, de loin le meilleur rendement et aussi le plus fiable.
    buck_synchrone_resonant.JPG
    2/ le mode classique en commutation dure qui oblige à piloter le MOS du bas en fonction du courant Iout (qui n'apparaît pas dans son schéma).

    ici avec un LTC4013 par exemple:
    buck_synchrone_hard.JPG

    Vous ne trouverez jamais un MOS en sortie tel qu'expliqué par ce jeune homme.

  20. #15
    Montd'est

    Re : Optimisation chargeur de batterie buck synchrone

    Je vous trouve très dur, sur vôtre premier schéma, ya des composants en plus notamment S1 pour qui il faut prévoir une commande spéciale...
    Faut vraiment être très pointu pour connaître ça.

    J'imagine qu'il faut faire pleins d'essais pour trouver la durée optimale du temps mort...
    Ya un bon moyen de se tromper de solution: c'est de se tromper de problème.

  21. #16
    invite03481543

    Re : Optimisation chargeur de batterie buck synchrone

    En plus oui, mais pas en trop comme dans son schéma

  22. #17
    Montd'est

    Re : Optimisation chargeur de batterie buck synchrone

    Citation Envoyé par HULK28 Voir le message
    Vous ne trouverez jamais un MOS en sortie tel qu'expliqué par ce jeune homme.
    Vu le schéma qu'on peut voir en page 33 de la doc du LTC4013, ça donne tout de même envie de rigoler...




    *Après je ne m'avancerais pas à dire que ce youtuber a un truc ressemblant dans son circuit dans le but de répondre à un problème identique.
    Ya un bon moyen de se tromper de solution: c'est de se tromper de problème.

  23. #18
    invite03481543

    Re : Optimisation chargeur de batterie buck synchrone

    Pour la commutation dure il y a un transistor en moins.
    Dans le schéma indiqué n'apparaît pas la chaîne de traitement analogique associée à la commande PWM, dont le point d'entrée est le shunt de mesure du courant en sortie.
    L'erreur essentielle dans le schéma du jeune homme est de l'avoir positionné en entrée, dès lors il est impossible de monitorer correctement le MOS low side en fonction de la batterie et des différentes phases de commutations.

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  25. #19
    Montd'est

    Re : Optimisation chargeur de batterie buck synchrone

    Citation Envoyé par HULK28 Voir le message
    mais pas en trop comme dans son schéma
    Comme dit plus haut: sans machin anti-retour, au moment du démarrage ( soft start) la mise en conduction du mos de roue libre synchrone, court-court-circuiterait la batterie... , le seul moyen d'éviter cela serait de désactiver la commande du mos SR pendant pendant le démarrage, ce qui semble impossible avec le driver que ce youtuber a utilisé ( IR21844).
    Ya un bon moyen de se tromper de solution: c'est de se tromper de problème.

  26. #20
    invite03481543

    Re : Optimisation chargeur de batterie buck synchrone

    Citation Envoyé par Montd'est Voir le message
    Vu le schéma qu'on peut voir en page 33 de la doc du LTC4013, ça donne tout de même envie de rigoler...
    *Après je ne m'avancerais pas à dire que ce youtuber a un truc ressemblant dans son circuit dans le but de répondre à un problème identique.
    C'est pour un branchement à chaud de la batterie, ça n'a rien à voir avec la problématique soulevée par ce youtubeur.
    Si vous branchez une batterie sur une alimentation synchrone déjà ON vous devez prévoir une sécurité pour l'étage de commande, celle présentée ici est une possibilité simple mais couteuse (pour de la série), il existe d'autres possibilités.
    La boucle de courant pédale à vide et la transition est périlleuse si rien n'est prévu.
    Dans les chargeurs à haut rendement la recharge est organisée en système, il y a un protocole automatique qui met tout le monde en situation sécurisée avant le processus de charge.
    C'est la cas dans l'automobile notamment.
    Quand vous n'êtes pas dans une approche système vous devez mettre une sécurité pour la raccordement à chaud, la synchronisation n'étant pas instantanée le risque est réel.
    Dernière modification par HULK28 ; 27/04/2019 à 18h59.

  27. #21
    Montd'est

    Re : Optimisation chargeur de batterie buck synchrone

    Ok merci

    Citation Envoyé par HULK28 Voir le message
    L'erreur essentielle dans le schéma du jeune homme est de l'avoir positionné en entrée, dès lors il est impossible de monitorer correctement le MOS low side en fonction de la batterie et des différentes phases de commutations.
    J'ai l'impression que l'avantage d'avoir le shunt en sortie c'est que ça permet de détecter un retour de courant de l'accu vers le buck... mais si le jeune "avec son mos en trop" empêche cette éventuel retour en jouant donc sur la construction même du circuit de puissance, ce placement du shunt exclusivement en sortie a-t-il toujours autant de sens ?
    Dernière modification par Montd'est ; 27/04/2019 à 19h02.
    Ya un bon moyen de se tromper de solution: c'est de se tromper de problème.

  28. #22
    invite03481543

    Re : Optimisation chargeur de batterie buck synchrone

    Citation Envoyé par Montd'est Voir le message
    Comme dit plus haut: sans machin anti-retour, au moment du démarrage ( soft start) la mise en conduction du mos de roue libre synchrone, court-court-circuiterait la batterie... , le seul moyen d'éviter cela serait de désactiver la commande du mos SR pendant pendant le démarrage, ce qui semble impossible avec le driver que ce youtuber a utilisé ( IR21844).
    Le démarrage d'un buck est contrôlable et prend en compte cette situation qui interdit la conduction du MOS low-side (seule sa diode de body est dans le circuit).
    Comme vous le dites encore faut-il que le driver choisit permette cette fonction ou qu'un mécanisme soit ajouté pour la satisfaire.

  29. #23
    invite03481543

    Re : Optimisation chargeur de batterie buck synchrone

    Citation Envoyé par Montd'est Voir le message
    J'ai l'impression que l'avantage d'avoir le shunt en sortie c'est que ça permet de détecter un retour de courant de l'accu vers le buck... mais si le jeune "avec son mos en trop" empêche cette éventuel retour en jouant donc sur la construction même du circuit de puissance, ce placement du shunt exclusivement en sortie a-t-il toujours autant de sens ?
    Votre impression est bonne, le shunt informe le circuit de commande sur le sens du courant mais joue essentiellement un rôle en tant que consigne de courant.
    La différence majeure entre une alimentation et un chargeur de batterie est que ce dernier sera piloté à courant constant tant que la tension batterie reste inférieure à une valeur de consigne haute.
    On a donc plus affaire à une source de courant commandée qu'à une source de tension pendant la phase de charge.
    Les situations critiques à gérer dans un chargeur est le branchement/débranchement de la batterie à chaud, le démarrage du chargeur, le court-circuit, la fin de charge.
    Lorsqu'on branche le chargeur, sans présence batterie, le convertisseur monte progressivement sa tension de sortie jusqu'à la valeur de floating par exemple, ou reste tout simplement à 0V s'il ne détecte aucune tension sur ses bornes de charge.
    Idem pour le court-circuit, si pas de tension batterie (ou tension inférieure à une valeur de consigne) pas de courant produit, ou si la consigne est exclusivement le courant alors le courant sera limité à une valeur fixée.
    Si la batterie est réputée "chargeable" alors le courant monte progressivement à la valeur de consigne, aucune raison que le courant dans la bobine soit en excès comme cela peut être le cas dans une alimentation.
    Si un courant est prélevé sur la batterie durant la charge le courant délivré par le convertisseur ne changera pas de sens.
    Lorsque la batterie dépasse la tension de consigne, le courant fournit décroît jusqu'à une valeur min puis le chargeur s'arrête ou reste en floating, valeur pour laquelle le courant restera nul, le convertisseur s'arrête, les 2 MOS sont mis OFF.
    La tension batterie étant plus basse que la tension d'entrée du buck la batterie ne se déchargera pas dans l'entrée ni dans le reste du circuit.
    Dernière modification par HULK28 ; 28/04/2019 à 06h39.

  30. #24
    sandrecarpe

    Re : Optimisation chargeur de batterie buck synchrone

    Bonjour
    Votre débat est très intéressant. Je travaille sur un projet qui ressemble. Le chargeur est intégré au produit, mais l'alimentation n'est pas toujours présente donc des courants sont susceptibles de remonter réalimenter le buck et l'électronique auxiliaire. De la même manière qu'au post 1, une diode a ete placée au même endroit, mais je la suspecte de dégrader les performances générales de mon chargeur : le rendement c'est sûr, mais aussi les formes d'ondes... j'investigue prochainement. Cependant, je vois pas comment faire autrement...
    Pourrait on monter un deuxième mos tête bêche au premier, sur le High side, commander aussi par le driver, pour empêcher le courant de remonter ?

    Merci
    Dernière modification par sandrecarpe ; 28/04/2019 à 07h20.

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  32. #25
    invite03481543

    Re : Optimisation chargeur de batterie buck synchrone

    Les cas où un isolement de type diode sont requis sont essentiellement des DC/DC ayant une source d'alimentation pouvant avoir une tension d'entrée plus faible que la charge (panneau solaire par exemple), ou l'extinction de l'équipement.
    Sur la plupart des chargeurs l'extinction de l'équipement survient automatiquement après débranchement de l'accu.
    Il n'est jamais souhaitable d'ajouter une diode ou un composant uniquement utile dans certaines situations mais nuisibles en usage normal.
    C'est pour cela que je parlais de système, les chargeurs les plus performants sont toujours orientés système, soit en communiquant avec la batterie (cas du lithium, du NiMh), soit en prévoyant un fonctionnement qui interdit la situation (cas du plomb).
    Sur un chargeur pour batterie plomb il est courant de trouver un relais (sur les chargeurs bas de gamme) qui mettra ON le chargeur si et seulement si une batterie est branchée et dans le bon sens.
    Sa permet la protection contre l'inversion de polarité et de satisfaire la condition de batterie présente.

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