Source de puissance MOSFETs

[sandrecarpe]

Bonsoir à tous,
Je travaille sur une source de puissance de 4 x 50W commandée par un microcontrôleur. Voici le schéma :


Ce montage est réalisé 4 fois pour obtenir mes 200W maximum. Cependant, une de mes cellules me pose "soucis" et j'observe quelque chose que je n'arrive pas à expliquer. Un des MOSFETs se voit appliquer une tension de grille et un courant de se met à circuler : ok.
Cependant, pour une raison inconnue, la tension de grille s'écroule à 0 après environ 1 seconde...et le MOSFET reste passant ! Avec toujours le bon courant circule dans la source.
Les 3 autres MOS se comportent normalement : il y a une tension de grille et le courant est aussi celui calculé.

Est-ce un problème ? Pour quelle raison reste-t-il passant ?
Je pensais à la capacité de la gate qui resterait chargée mais elle se déviderais dans l'AOP ?

Les AOP sont des OPA2196 et les MOS des IRFP140N

Merci pour vos lumières !
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[invite5637435c]

Bonjour,

à quoi est reliée votre résistance de mesure de courant (en bas où il y a les pointillés)?

[sandrecarpe]

Bonjour,
Oups j'ai oublié de le préciser.
Les 4 sources sont reliées à un shunt de mesure commun, pour être traité par un ADC

J'avais aussi essayé de changé le transistor en pensant à une défaillance, mais ça n'a rien changé

[penthode]

shunt de mesure commun ?

quel intérêt ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[sandrecarpe]

J'ai besoin de mesurer précisément l'énergie consommée par ma source V3, qui est une batterie. C'est sûrement l'endroit le plus approprié pour une telle mesure, sachant que je n'ai pas besoin d'être précis au point de mesurer ce qui passe dans R2 et R3

[penthode]

si tous les générateurs sont reliés au même point de mesure ,

leurs contres-réactions sont à la ramasse

ou alors j'ai raté quelque chose

[invite5637435c]

Vous faites travailler votre MOS dans la zone d'instabilité thermique maximum, le Vgs est insuffisant et votre MOS se retrouve en emballement thermique au niveau de sa puce.



Il faut étudier la courbe de SOA, votre MOS peut mourrir sans donner de signe particulier préalable, l'énergie diffusable au niveau de la puce à ses limites, il se mettra en CC très rapidement.



Votre VDS est trop élevé.

[sandrecarpe]

En quoi sont elles à la ramasse ?
J'ai 4 sources de courants en parallèle, je mesure la somme des 4 courants. Donc oui les générateurs sont reliés au même point de mesure, au même shunt

[sandrecarpe]

Vous faites travailler votre MOS dans la zone d'instabilité thermique maximum, le Vgs est insuffisant et votre MOS se retrouve en emballement thermique au niveau de sa puce.
Il faut étudier la courbe de SOA, votre MOS peut mourrir sans donner de signe particulier préalable, l'énergie diffusable au niveau de la puce à ses limites, il se mettra en CC très rapidement.
Votre VDS est trop élevé.

Merci pour ta réponse. Je pensais avoir vérifié ça correctement.
A 12V j'ai 4.2 A dans chaque MOS pour qu'ils dissipent chacun 50W (comme dessiné sur ton graphique). Du coup je ne comprends pas en quoi je suis hors spec !

Ok pour ton premier graphique mais ici je fonctionne à courant non nul pour un Vgs de 0

[invite5637435c]

Votre MOS se détruit parce que des points chauds se forment sur le silicium provoquant un effet de "second breakdown", habituellement inexistant pour les MOSFET en usage normal.
En mode triode ces points chauds finissent par créés un emballement thermique localisé à la puce, discret la plupart du temps mais définitif...

[invite5637435c]

Ok pour ton premier graphique mais ici je fonctionne à courant non nul pour un Vgs de 0

Il faudrait travailler avec un Vgs plus élevé du coup et un MOS ayant une meilleur impédance thermique (Zth).

[sandrecarpe]

Il faudrait travailler avec un Vgs plus élevé du coup et un MOS ayant une meilleur impédance thermique (Zth).

Dans un montage pareil le Vgs correspond au Vth non ?

[invite5637435c]

Le but est de bien rester dans la zone linéaire, le Vth étant le début de la zone non linéaire juste avant la zone de plateau.
Le bon choix est de satisfaire une dérive thermique quasi nulle comme indiqué dans le post plus haut.

[invite5637435c]

Voici le genre de MOS que j'utilise pour ce type d'application.
https://www.littelfuse.com/~/media/electronics/datasheets/discrete_mosfets/littelfuse_discrete_mosfets_n-channel_trench_gate_ixf_320n17 t2_datasheet.pdf.pdf

Par contre ilvous faudra autre chose que cet AOP pour le piloter.

[invite5637435c]

Vous trouverez dans cet article des infos qui vous intéresseront:
http://www.ixys.com/Documents/Articles/Article_Linear_Power_MOSFETs.p df

Bon montage

[sandrecarpe]

Merci pour tes réponses. Je regarde quelques documents par rapport à ce que tu m'as dit plus haut. Si je comprends bien, le premier soucis est que je ne dissipe pas assez vite par rapport à la puissance générée, comme l'explique ce document, page 8. Du coup je pourrais résoudre ce problème avec une rampe de consigne pour laisse le temps à la chaleur de s'évacuer ?

En regardant la figure 3 de mon IRFP250N, le coefficient de température est inférieur à 0 pour Vgs > 6V environ. Ce qui n'est pas possible avec mon AOP alimenté en 5V... Il faut changer de MOS pour résoudre ce problème

C'est vrai que le mos que tu me proposes possède un Rth bien plus faible que le mien, par contre le prix n'est pas le même ! Et pourquoi il faudrait changer d'AOP ? Car il ne peut pas fournir un Vgs suffisant pour avoir un coefficient de température négatif ?

Au final :
Je choisis un nouveau MOS qui possède un coefficient de température inférieur à 0 pour un Vgs de moins de 5V
Je fais une rampe de consigne pour laisser le temps à la chaleur de s'évacuer

Est-ce correcte ?

Merci pour tes réponses

[bobflux]

> En regardant la figure 3 de mon IRFP250N, le coefficient de température est inférieur à 0 pour Vgs > 6V environ.


...et environ 50 ampères, le point de zéro tempco dépend du courant, donc tu te fourvoies.

Si HULK le dit ça doit être vrai, mais ça m'étonne que le IRFP140 ait un second breakdown en fonctionnement linéaire, car on les voit souvent (ainsi que des IRFP240/9240) dans les amplis audio...

Ceci dit, pourquoi ne pas dissiper dans une résistance ? C'est quand même plus simple, et si la tension d'alim est connue, tu n'auras pas de problèmes de SOA puisque plus le courant est élevé, plus la tension aux bornes du FET diminue...

Pourquoi ne pas le faire en PWM, d'ailleurs ?

[sandrecarpe]

Ah oui 50A ! :O

Pourquoi pas dans une résistance ? La tension d'alim varie entre 10 et 70V suivant la batterie. Ça aurait rendu les choses beaucoup plus simple
Un courant constant est souhaité pour limiter la fréquence d'échantillonnage et ainsi diminuer l'accumulation d'erreur au cours du temps, car ce genre de manip dur plusieurs heures.

Je vais pouvoir trouver une référence pour un fonctionnement entre 0.5A et 5A avec un Vgs max de 5V ?

[invite5637435c]

Si HULK le dit ça doit être vrai, mais ça m'étonne que le IRFP140 ait un second breakdown en fonctionnement linéaire, car on les voit souvent (ainsi que des IRFP240/9240) dans les amplis audio...

Le second breakdown des MOS est assez différent des bipolaires, vous trouverez ici quelques explications sur le sujet:
2SK2312_application_note_en_20180901.pdf

[invite5637435c]

On peut faire une charge électronique avec du découpage mais en général on préfère le linéaire, ou associer les 2 technos pour des puissance très élevées.
Par contre les résistances non, aucun intérêt.

[bobflux]

Le second breakdown des MOS est assez différent des bipolaires, vous trouverez ici quelques explications sur le sujet

OK, j'en profite pour demander : sur ton pdf, le "second breakdown" est la portion de courbe en vert qui est plus pentue que celle à puissance constante, là OK je connaissais. Sur le IRFP140 il n'y a pas cette portion plus pentue, mais seulement une courbe de puissance constante, je pensais donc que ça indiquait qu'il n'y avait pas de problème de second breakdown... j'ai bon ou pas ?

[sandrecarpe]

HULK28, dans la datasheet du MOS que tu m'as proposé : https://www.littelfuse.com/~/media/e...asheet.pdf.pdf

Tous les documents qui traitent de la stabilité thermique des MOS en régime linéaire mettent l'accent sur le point de zéro tempco (comme ce que tu me disais post #7 en fait)...mais dans la doc du MOS que tu me proposes, ce point n'apparait même pas sur le graphique... Comment vois-tu qu'il conviendrait ?

[invite5637435c]

Tous les MOS ne sont pas de bons candidats pour travailler dans la zone linéaire, à moins d'en mettre des valises et complexifier leur pilotage en fonction de la température.
Toutes les docs ne se valent pas quand on veut les utiliser dans un mode bien moins commun que la commutation, par exemple en mode DC.
Les transistor IXYS sont conçus pour ce mode particulier, d'où les caractéristiques du SOA disponibles en DC et leur prix bien supérieurs mais tellement plus simples à piloter.
Quand ces données ne sont pas disponibles pour d'autres MOS il faut les rechercher en faisant des manip.

[bobflux]

OK merci !

[sandrecarpe]

Tous les MOS ne sont pas de bons candidats pour travailler dans la zone linéaire, à moins d'en mettre des valises et complexifier leur pilotage en fonction de la température.
Toutes les docs ne se valent pas quand on veut les utiliser dans un mode bien moins commun que la commutation, par exemple en mode DC.
Les transistor IXYS sont conçus pour ce mode particulier, d'où les caractéristiques du SOA disponibles en DC et leur prix bien supérieurs mais tellement plus simples à piloter.
Quand ces données ne sont pas disponibles pour d'autres MOS il faut les rechercher en faisant des manip.

Merci beaucoup pour vos réponses, je comprends mieux. J'ai acheté quelques MOS de IXYS, je vais voir ce que ça donne

[sandrecarpe]

Bonjour,
Me voilà de retour sur ma source de courant. J'ai acheté une dizaine de MOS IXTH30N50L2


J'en ai cramé une certaine quantité à force de faire des tests. Je pensais au début que c'était mes AOP qui n'était pas adapté pour piloter la gate assez capacitive de ce MOS ou qu'un RLC parasite venait flinguer ma gate car mes MOS sont déportés d'une dizaine de cm sur le dissipateur. J'ai continué mes tests sur un seul MOS pour investiguer (schéma post 1). J'ai passé la résistance de grille à 1k, R7 à 1k, C1 à 47n. Ensuite j'ai mis un AOP (en +12/0V) spécialement conçu pour piloter des charges inductives (désolé j'ai oublié la référence). J'observe à l'oscillo la tension Vgs de mon MOS pour voir s'il n'y aurait pas un RLC parasite qui viendrait flinguer ma gate. Après les modif précédentes, tout va bien, aucune surtension ou effet parasite sur ma gate. J'arrive à faire dissiper près de 80W à mon MOS.

Maintenant qu'un montage comme celui-ci fonctionne, aucune raison que 2 autres de plus ne fonctionnent pas ? Et bien en montant sous tension 3 fois ce montage, tout mes MOS meurent ! Et retour au point départ
Je n'ai plus d'idée sur l'origine du problème...

Auriez-vous des suggestions sur mon problème ?

Merci pour votre aide

[invite5637435c]

Bonsoir,
Une petite photo de votre montage à poster?

[invite5637435c]

C'est dommage, avant de mettre sous tension il aurait fallut revenir ici .
Ces MOS sont très robustes mais à condition d'être bien pilotés.
Votre schéma en 1 est perfectible et il manque notamment des garde-fou, thermique et puissance.

[sandrecarpe]

Oui mais le but c'est que je sois aussi autonome Mais avoir des avis extérieurs c'est toujours très enrichissant. C'est pour ça que je viens souvent posés mes questions ici, depuis que j'ai commencé l'électronique, j'ai appris énormément sur ce forum.

Une petite photo de votre montage à poster?

Ah j'étais sûr que vous demanderiez une photo, mais je n'en ai pas pris... Le montage me parait plutôt propre. Un PCB de support a été fait pour plaquer correctement les MOS sur le dissipateur. Les MOS sont déportés de 10 à 15 cm du PCB principal (donc 10 à 15cm de fil)

J'ai une CTN par MOS pour les protéger thermiquement. Que veux-tu dire par garde-fou de puissance ? Une protection pour rester dans la SOA ?
Avant de rajouter d'éventuelles protections, j'aimerais faire marcher ce système qui est pourtant simple. Avez-vous une explication de pourquoi un montage comme celui-ci fonctionne et pas 3 en même temps ?
J'ai pu faire un tas de mesure sur un MOS en fonctionnement. Mais à partir du moment où j'ai mis les 3 autres, à la mise sous tension et avec 0 de consigne, l'alim entre en régulation de courant. Impossible de piloter à nouveau le MOS correctement, même individuellement.

Le schéma est perfectible à quel niveau ? J'ai vu des montages avec un push-pull en sortie de l'AOP pour piloter la gate du MOS. Le but était de réduire l'effet capacitif de la charge vue par l'AOP. Est-ce pertinent ici ?

[bobflux]

> Les MOS sont déportés de 10 à 15 cm du PCB principal (donc 10 à 15cm de fil)

Ça rajoute de l'inductance et le MOSFET peut osciller à une fréquence très élevée.

> J'ai vu des montages avec un push-pull en sortie de l'AOP pour piloter la gate du MOS. Le but était de réduire l'effet capacitif de la charge vue par l'AOP. Est-ce pertinent ici ?

Non, un driver capable de sortir un courant élevé n'est utile que si tu as besoin de ce courant pour charger et décharger la capacité d'entrée du MOSFET rapidement. Ce n'est pas le cas ici car ta charge est une source de courant quasiment constant, donc il n'y aura pas de variation rapide du Vgs. Le problème est la stabilité du système bouclé AOP-MOSFET et le fait que la capacité d'entrée du MOSFET réduit la marge de phase de l'AOP et peut le rendre instable. Ceci ne dépend pas du courant que l'AOP est capable de sortir. Il faut étudier la stabilité de ta boucle, déjà en simulation.

Peux-tu poster un schéma à jour et une photo ?