Modélisation d'un Phase Shift Full Bridge Converter

[sandrecarpe]

Bonjour à tous !

Dans le cadre d'un projet, je souhaite modéliser un convertisseur "Phase Shift Full Bridge converter", dans le but de simuler, dimensionner et asservir un convertisseur boost. J'ai lu un paquet de thèse sur le sujet et vu un certain nombre de modèle différent. Si j'ai bien compris le fonctionnement de ce convertisseur, la tension de sortie est contrôlée grâce à la phase entre le PWM des deux jambes du pont, permettant ainsi une commutation douce avec les avantages qui vont bien. Cependant, dans tous les modèles que je trouve (voir en pièce jointe), la variable de contrôle semble toujours être le rapport cyclique : la fonction de transfert est toujours . Pourquoi est-ce qu'on a pas un angle ou une phase ?
Dans l'état actuel, je ne vois donc pas la différence entre un "Phase Shift Full Bridge converter", qui permet de faire du Zero Voltage Switching, et un classique "Full Bridge converter" à commutation dure.

Qu'est-ce que j'ai raté ? Quelqu'un pourrait-il m'éclairer ?
Merci beaucoup !

Pièce jointes supprimées
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[JPL]

Désolé mais ces documents ne sont pas en accès libre. Donne uniquement les liens vers les pages correspondantes.

[sandrecarpe]

Voici les sources des articles pour ceux qui trouve accès à ieeexplore.ieee.org, sinon je vous envoie les doc par MP :


"Small-Signal Model for Current Mode Control Full-bridge Phase-shifted ZVS", de Xu Xiaofeng
"An Enhanced Model for Small-Signal Analysis of the Phase-Shifted Full-Bridge Converter", de Giulia Di Capua

[Antoane]

Bonjour,

"An Enhanced Model for Small-Signal Analysis of the Phase-Shifted Full-Bridge Converter", de Giulia Di Capua

Est disponible sur researchgate (et c'est légal) : https://www.researchgate.net/publica...idge_Converter

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite5637435c]

Bonsoir,

Le PWM est toujours "l'acteur" qui fait le travail en amont.
Plus simple, éprouvé, précis.
La commutation douce n'est que le résultat d'un agencement particulier d'élément réactifs.

[invite5637435c]

La différence entre une commutation dure et un ZVS ou ZVC est dans la nature des signaux générés et circulant dans les switchs et le transformateur.
En éliminant les moments brefs de transitions non nulles courant-tension vous éliminez des pertes.
En faisant circuler un courant sinusoïdal vous améliorez le rendement du transfo et éliminez des snubbers et autres tueurs de rendement.
L'avantage est évident, la mise au point est en revanche beaucoup plus touchy, notamment pour le transformateur.

[sandrecarpe]

Merci pour le lien Antoane

Bonsoir,

Le PWM est toujours "l'acteur" qui fait le travail en amont.
Plus simple, éprouvé, précis.
La commutation douce n'est que le résultat d'un agencement particulier d'élément réactifs.

Dans le cas du PSFB on joue sur les capa parasites des MOS et l'inductance de fuite du transfo.

J'ai compris la différence entre celui-ci et le pont classique : le premier est contrôlé en jouant sur la phase du PWM, et la sortie du pont classique est contrôlée en jouant sur le rapport cyclique. Dites-moi si je me trompe.
Là où je ne comprend pas, c'est pourquoi le modèle du PSFB (voir le lien donné par Antoane, équations 3 et 7) fait intervenir le rapport cyclique et pas la phase ?

[invite5637435c]

Il n'a pas que la capa de sortie des MOS, il y a aussi les capas indésirables du transformateur, notamment la capa interspires et la capa inter couches.
Tout rentre en ligne de compte dans un résonant.
La simulation a peu d'intérêt, juste piyr dégrossir mais avec l'habitude ça ne sert vraiment à rien.
Plus utile est le simulateur magnétique pour le transfo.

[sandrecarpe]

Oui mais il y a un moment où il faut dimensionner la compensation, en gros le correcteur pour l'asservissement, dans le cas où on utilise un CI dédié comme un LM5045, là je peux peut-être comprendre qu'on puisse se passer de simu
Mais si on souhaite mettre en place une solution entièrement numérique (voir liens ci-dessous), comme il semble être le cas souvent au dessus de quelques kW, alors je vois pas comment on peut se passer de la simu pour l'asservissement ? Et là, si le modèle n'est pas compris, ça va être compliqué de mettre en place un correcteur

Quelques exemple de full bridge, pas forcément avec ZVS, mais tous numérique
600W, numérique : http://www.ti.com/lit/an/sprabr1/sprabr1.pdf
800W, numérique : https://www.mouser.com/pdfdocs/Appli...VS_CFD7-AN.pdf
1000W, numérique : http://ww1.microchip.com/downloads/e...tes/01279b.pdf
45 kW, numérique : https://pdfs.semanticscholar.org/445...b824a5f487.pdf

Il y a aussi les capas indésirables du transformateur, notamment la capa interspires et la capa inter couches.

J'ai pour l'instant vu aucun modèle qui prenne en compte ces capa parasites, elles sont souvent explicitement négligées par les auteurs, avec des résultats tout à fait honorables. Je n'ai malheureusement pas encore les compétences pour complexifier encore le modèle. Celui proposé dans le lien post 4 (lien) serait déjà pas mal...quand j'en aurais totalement compris la signification

[invite5637435c]

Attention les exemples que vous évoquez sont pour évaluation uniquement.
Ca fonctionne bien sur table pour un usage très encadré comme le précise à chaque fois la datasheet, mais pas plus.
Les matériels pros sont très rarement numériques, la fiabilité n'est pas encore au niveau des commandes traditionnelles pour des environnements industriels.
Le numérique est très bien pour les paramétrages, les calibrations automatiques, mais ne présente aucun intérêt pour driver de la puissance.
En tout cas ça n'apporte rien de plus, je dirai même que ça en retire.
Par exemple vous ne saurez pas la loi de commande dans les détails et comment est fait le soft
Ca pose des problème de sureté de fonctionnement, des soucis d'obsolescence.
Une boite noire pour de la puissance c'est prendre un sacré risque, que perso je ne prendrai jamais.

[sandrecarpe]

Bonjour à tous,
Je reviens avec mon histoire de convertisseur Phase Shift Full Bridge. A force de fouiller de temps en temps sur internet, j'ai fini par mieux comprendre le fonctionnement général de ce convertisseur, et donc de son modèle, qu'on trouve ici. On trouve les fonctions de transfert qui vont bien.
Mais il y a plusieurs choses que je ne comprends pas, et ça concerne la conception d'alim en général. Si je souhaite appliquer un correcteur "current mode control" à mon convertisseur : quel est habituellement la démarche pour dimensionner ce type de correcteur ?
Pour moi, ce qui me vient en premier à l'idée, c'est :
1 - Modèle du convertisseur
2 - Modèle du correcteur
3 - Dimensionnement
4 - Matlab/simu...etc


Mais, je suis soucieux dès l'étape 2. On trouve un modèle d'un correcteur current mode control chez TI :
http://www.ti.com.cn/cn/lit/an/snva555/snva555.pdf

Mais c'est un modèle qui ne semble pas couler de source ! J'ai pas trouvé d'autres documents qui confirment les dires du premier. Donc je me dis que ce n'est peut-être pas la méthode de design habituel ? Peut-être qu'on s'en fou de faire des simu et on regardera directement sur la maquette ?


Un autre point à éclairer. J'entends dans mon entourage que lorsqu'on conçoit des alim à découpage, on se retrouve presque toujours à fabriquer des magnétiques customs. Pourquoi on ne part pas d'un magnétique d'un catalogue, déjà documenté et dont on connait les caractéristiques, et on adapte son design en conséquence ? Ca simplifierait les choses ? J'ai l'impression que le niveau de connaissance dans le domaine des magnétiques à besoin d'être assez élevé pour arriver à un résultat, et ceci me fait un peu peur.

Si vous pouviez me faire un retour de votre expérience dans le domaine, ce serait avec grand plaisir !

[invite5637435c]

Bonjour,
La simulation est une chose, la réalité en est une tout autre.
Dans les faits la simulation est utile quand on sait exactement ce que l'on fait, c'est un outil ni plus ni moins.
Ce n'est pas le pinceau qui fait la qualité du peintre.
Vous ne pouvez prendre un transfo sur étagère et aboutir à quelque chose de bien pertinent, ça fonctionnera à peu près au mieux et si vous êtes au fait des techniques de routage et de CEM.
Chaque convertisseur à ses propres caractéristiques.
Je suis d'une génération qui a appris à calculer tous les éléments d'une alim et à fabriquer mes éléments inductifs, la simulation me permet juste de vérifier que les dimensionnements sont cohérents.
Tous concepteurs anciens comme moi bâtissent leurs propres outils et le pont RLC est le juge de paix.
Quand on cherche à gagner des 0.1% ce n'est pas avec la simu que vous y arriverez.
Je sais que dans les écoles l'heure est à simulink et matlab mais on voit aussi où on en est rendu....
Une vraie catastrophe technologique et qui a fait perdre le rang que nous avions dans ce domaine il y a 3 décennies encore.
S'il n'y avait que ça, bref....

[invite5637435c]

Pour vous illustrer la situation nous avons embauché récemment un jeune ingénieur supelec spécialisé en électronique de puissance.
Depuis 3 mois il est en formation intensive:
-> apprendre à router une PSU
-> apprendre à concevoir et assembler ses éléments inductifs avec différents types de noyaux.
-> apprendre les normes.
Ca va prendre environ 6 mois.
Il nous faut lui apprendre tout ce que l'école ne sait plus apprendre ni transmettre aux nouvelles générations.
C'est l'heure de la sous traitance à l'excès et juste à apprendre à rédiger un cahier des charges.
Quand vous intègrerez les grosses boutiques c'est ça que vous ferez, rédiger des specs pour ceux qui concevront (presta externe) pendant que vous serez en réunion et cocherez des cases excel.
Si vous aimez ce métier fuyez les grosses boites et cherchez ceux qui font réellement les choses.

[sandrecarpe]

Bonjour,
Merci pour votre retour.

Je suis moi-même encore à l'école, et je regrette aussi le manque de savoir concret qu'on aura en sortant. Heureusement, je suis dans une filière en apprentissage où j'apprends énormément en entreprise et je pratique beaucoup de mon côté. J'ai déjà fait pas mal de petite alim à découpage sur des convertisseurs à structure classique où j'ai trouvé facilement mes repères puisque les modèles sont facilement retrouvables. Je suis donc aussi aux faits pour le routage de ce genre d'alim et je suis sensibilisé à la CEM. Et ça, je suis d'accord que ça ne s'apprend pas, ou plutôt ça ne s'apprend plus, à l'école.
Malgré mon envie, personne dans mon entourage peut me guider pour mon histoire de PSFB et j'avance inefficacement. Je ne cherche pas à gagner ne serait-ce 1% de rendement, ni 5. Pour l'instant ce n'est pas mon soucis, il me manque de la méthodologie, des gens avec qui en parler, c'est pourquoi je vous écris ici.