Appel de courant - Verification de montage

[invite4cf59e00]

Bonjour à tous,

Je viens vers vous pour une vérification / validation d'un montage concernant la limitation de courant d'appel d'un convertisseur DC/DC.
Le but de la carte est de convertir une alimentation 50 à 160V DC batterie en 12V DC pouvant sortir jusqu'à 150W.

power supply.png

Le convertisseur sera un demi brique standard avec rendement de 90%. Donc puissance d'entrée d'environ 165W --> Courant d'entrée 3.3A sous 50V.
Jusque là tout va bien, j'ai le montage qui va aux exigences.

Le soucis que je rencontre est sur le courant d'appel de mon convertisseur, que j'ai réussi à mesurer à 24A grâce à deux grosses capas 400V 10mF chargées puis balancées dans mon entrée d'alim. J'imagine que les 24A sont une limitation des capas étant donné le beau courant carré que j'ai, mais peu importe il est déjà bien trop grand.

• 1ère idée pour limiter le courant : la NTC. Une 10 Ohms m'irait bien, je serais limité à 16A donc pourquoi pas (à réduire si besoin en changeant la valeur de résistance).
  Le problème est que la carte doit être capable de fonctionner en état normal de -5°C à +70°C .... Aie, +70°C pour ma NTC et elle est déjà inutile (donnée aux alentours de 2.5 Ohms à cette température).

• 2ème idée le montage ci-dessous --> C'est là que j'ai besoin de confirmation / améliorations. Je l'ai simulé sur Falstad.com/circuit/

Il consiste en un MOSFET P-channel dont le Vgs est commandé par un pont diviseur qui se charge tranquillement grâce à la capa de 22 uF.
Le courant est donc limité par le MOSFET lui-même en fonction de Vgs.
Ca me permet de faire une sorte de charge lente dont le courant s’accroit petit à petit.
Le courant d'appel du convertisseur est simulé par la capa de 1 mF qui est très surdimensionnée par rapport au module que je test en ce moment (mesuré en réel aux alentours de 100 uF). On reste prudent, c'est que de la simu et d'un modèle de convertisseur à l'autre ça peut changer.

Référence du MOSFET : IRFP9240 de chez Vishay
Zener 12V pour les pics de tension au cas où
Pont diviseur qui donne Vgs=-7V sous 50V et Vgs=-11V sous 160V

Entrée 160V pour le pire cas.
inrush current limiter.png

On voit un pic de puissance dans le MOSFET de 734W. On le voit mal sur le simulateur mais la puissance mesurée dure au total 30 ms, ça ne me parait pas énorme. Sur la doc ils ne donnent pas d'info de puissance par rapport au temps mais sur d'autres modèles j'ai vu des choses du style 1000W pendant 1ms, 800W max pendant 10 ms ... Et je suis dans un cas extrême là avec ma 1 mF.
Pic de courant de 13A, on est dans les spec du composant.

Voilà j'espère n'avoir rien oublié d'essentiel ... A vos avis / suggestions / autres proposition !

Merci !
-----

[jiherve]

Bonjour,
Donc c'est un buck , cela existe (presque tous en fait) avec soft start pour pallier ce probleme !
JR

[invite5637435c]

Bonsoir,
70°C ambiant? Qu'est-ce qui justifie cette contrainte thermique?
Avec 90% de rendement visé vous ne trouverez pas facilement "sur étagère", à moins de ventiler fortement et ce n'est jamais souhaitable quand cela peut de nos jours être facilement évité.
Egalement à cette température (ambiante) la durée de vie de vos composants va sérieusement être mise en difficulté car certains composants vont aller bien au delà de 100°C, les condensateurs de filtrage notamment.
Vous en trouverez mais le prix sera aussi au rendez-vous... et vous n'aurez pas solutionné votre problème thermique global.
En attendant de savoir ce qui impose cette contrainte du cahier des charges, je vous suggère de bien étudier l'aspect thermique de cette alimentation dans son environnement.
Il vaut mieux partir sur une alimentation à très haut rendement pour descendre la puissance perdue actuelle (15W) et viser quelques Watts seulement.
Pour cela vous pouvez utiliser un buck synchrone polyphasé pouvant atteindre 96~98% de rendement soit moins de 5W à puissance max.
Ainsi l'élévation thermique interne sera minime et pourrait être plus facilement couplée thermiquement avec l'application par un coffret aluminium intégral.

L'inrush current que vous décrivez peut être résolu facilement avec une mise ON progressive, méthode utilisée régulièrement sur les contrôleurs moteurs notamment.
Le point faible de votre montage, que ne vous montrera pas votre simulateur, est que le transistor va fonctionner dans sa zone linéaire et risque de casser si le dimensionnement n'est pas bien réalisé.
Sans faire de calcul, vu la référence de votre PMOS, il vous en faudrait davantage en parallèle.

Un Buck synchrone polyphasé possède un "soft-start" paramétrable qui vous évitera ce type de montage qui participe, en plus, à diminuer un rendement que vous cherchez plutôt à améliorer.

Quand j'en saurai plus sur votre application je pourrai vous mettre sur la piste de quelques solutions.

[invite4cf59e00]

Merci à vous deux pour vos réponses.

@HULK28 : La contrainte des 70°C d'ambiant vient du domaine ferroviaire qui impose un fonctionnement à cette température.
Le problème thermique va surement se poser sur mon convertisseur mais il est possible d'y palier (notamment en jouant sur le dissipateur).
Les autres composants (capas ...) sont bien certifiés industrial voir military grade, ils tiennent ces température sans problème et nous en utilisons depuis des années.

Concernant les PMOS en parallèle effectivement je prévois actuellement d'entre mettre 2 en parallèle. Ils devraient avoir à dissiper à eux deux un peu moins de 3W. Chacun est donné pour 3W maximum sur un PCB de 1inch carré, ma surface de dissipation sera plus étendue.

J'ai déjà fait des essais en situation réelle sur une carte montée et cela semble marcher sans soucis avec une puissance max dans le MOSFET de 200W (pendant quelques ms). Mais QUID de la durée de vie de ce montage, difficile à dire pour le moment....

Quant au rendement, je tourne autours des 85% avec tout le filtrage autours du convertisseur (donc perte dans le MOSFET, diode de protection etc..) mais cela est satisfaisant.

Je vais regarder du côté des Buck synchrone polyphasé également, que je ne connais pas.
Qu'entendez vous par "une mise ON progressive" ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitebf26947a]

Bonjour,

Quelle coincidence, je cherche justement à calculer le courant d'appel. J'ai un truc qui devrait t'intéresser:



A adpter avec ta charge.

Et pour les simu, utilise LT ou Cadence (je ne connais pas le tien, mais ces 2 simulateurs ont beaucoup de composants "prefaits")

[invite5637435c]

Ca promet

Attention les simulateurs sont très tolérants, dans la vraie vie ça ne se passe pas aussi bien.

[invite5637435c]

Renseignez-vous sur le SOA notamment.

[invite5637435c]

Si ça fonctionne quelques ms alors vous n'êtes pas au bout de vos peines...
Disposez-vous d'une sonde de courant?
C'est un outil indispensable pour mettre au point une alimentation à découpage.
Si vous êtes dans une boite sensée développer pour du ferroviaire vous devez en avoir une.
Ca coute au minimum 2500 euros pour une entrée de gamme.
Si vous n'en disposez pas aller voir votre tuteur et dites lui qu'il vous en faut une.
S'il vous dit non c'est trop cher alors commencez à cherchez un autre taf car ce sont des brêles sans moyens et ils ne feront pas long feu.

Pour pouvoir vous aider un minimum il va falloir être plus explicite et me dire quels sont vos moyens, délais et objectifs qui vous ont été donnés.
Selon, je vous dirai si c'est jouable ou pas.
Pour le moment la seule chose que je peux vous dire c'est que le chemin va être long avant que vous ayez un truc qui tourne bien sur table et un peu plus long encore quand il faudra l'industrialiser pour pouvoir le vendre un jour.
Si vous êtes pugnace ce sera instructif.
Sinon mieux vaut oublier tout de suite.
Il faut donc reprendre depuis le début.
-> dimensions max (volume)
-> tensions d'entrée min/max
-> plage thermique min/max
-> hygrométrie de l'environnement.
-> cycle d'usage moyen journalier et objectif de durée de vie.
-> contraintes vibratoires répondant à quelle norme précise? (Il vous la faudra au moment de créer la carte version indus).
-> nature de la source d'énergie
-> caractéristiques de la charge (R, L, C)
-> tension/courant de sortie.

Pour du ferroviaire il vous faudra du solide, l'environnement est sévère.
En attendant vos éléments essayez déjà de me donner le volume dont vous disposez pour loger cette alim, cela condontionnera déjà beaucoup de choix et options.
A+