[Energie] Buck Synchrone et rapport cyclique limite avant réversibilité en courant - Page 2
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Buck Synchrone et rapport cyclique limite avant réversibilité en courant



  1. #31
    bobflux

    Re : Buck Synchrone et rapport cyclique limite avant réversibilité en courant


    ------

    OK, c'est la carte d'éval, donc oui je suppose que les "OPT" et les "0 ohms" sont là pour que tu puisses essayer divers composants à la place pour adapter le truc à ton projet sans avoir besoin de refaire une carte.

    > J'ai remarqué un autre truc, la patte V_high sert d'alimentation principale sur l'IC. Cependant, on est bien d'accord que je ne suis pas obligé de la raccorder côté éolienne ?

    Après lecture en diagonale de la datasheet, cette puce est capable de s'alimenter soit depuis Vhigh soit depuis Vlow.

    > l'éolienne peut monter disons 1% du temps au dessus de 100V lorsque elle tourne à vide ( sans charge raccordée).

    Comme la tension max sur Vhigh est 100V, soit il faut ajouter un régulateur pour éviter que ça dépasse, soit... je suppose que la puce peut fonctionner avec Vhigh connecté à rien (ou à Vlow) ce qui esquive le problème de surtension. Donc le plus simple serait de l'alimenter à partir de la batterie. Comme elle alimente les drivers de MOSFET avec son LDO interne pour eux aussi c'est bon. Par contre il faut que les drivers, les MOSFETs, les condensateurs, et tout ce qui est côté Vhigh supporte la tension max à vide.

    Attention au design thermique aussi.

    -----

  2. #32
    thomas.trautenberger

    Re : Buck Synchrone et rapport cyclique limite avant réversibilité en courant

    Bien j'ai noté tes remarques.
    Pour le design thermique, va falloir que je renseigne.
    Je vais essayer de dépasser 90 % de rendement et d'enclencher le système des lors que l'éolienne est en mesure d'injecter une puissance supérieure à celle dissipée par le boîtier.
    Si non je fais des notes pour expliciter mes choix de composants. Je joindrais ça au moment où je publierais le schéma et le pcb ��

    D'ici là, vive l'aventure !

  3. #33
    thomas.trautenberger

    Re : Buck Synchrone et rapport cyclique limite avant réversibilité en courant

    Bonjour,

    Je me suis un peu penché sur la question du V_high.
    Je pense que la tension doit être supérieur à Vlow (tension batterie). Il semblerait que l'on puisse ajuster via SPI et sources de courant la tension feed back côté batterie ou entrée. Alors c'est cool ça m'arrange bien d'ailleurs sauf que cette tension est ajustée en sélectionnant des sources de courant qui vont ajouter ou soustraire du courant au point diviseur de tension qui surveille la tension de sortie. Or il me semble que pour que le courant puisse être positif dans ce cas on doit avoir en interne une tension plus haute que celle trouvé au niveau du pont diviseur non ? Vhigh est l'alimentation permettant aux sources de courant de fonctionner... donc si V_high -Vldo-...<V-high donc peut être pas possible de drainer un courant positif dans ce cas ?
    Bon si jamais j'ai une solution déjà pour ce problème éventuellement même si ça va être plus du bricolage.

    Les infos qui m'ont mis la puce à l'oreille se trouvent page 17 de la datasheet.

    Je ne le mettrais plus afin de le pas trop répéter la même chose mais c'est sous entendu merci à chaque fois de la contribution.

  4. #34
    bobflux

    Re : Buck Synchrone et rapport cyclique limite avant réversibilité en courant

    Attention il y a 2 jeux de pins:

    VFBhigh/VFBlow qui permettent de mesurer Vhigh et Vlow (donc indispensables)

    Vhigh/Vlow qui alimentent chacune un LDO qui alimente la puce ; un seul des deux LDO à la fois est actif (voir page 27) ce qui me fait penser que ça marchera avec un seul pin connecté, ou les deux connectés à la tension batterie.

    À vérifier...

  5. #35
    thomas.trautenberger

    Re : Buck Synchrone et rapport cyclique limite avant réversibilité en courant

    Bonjour,
    D'après la page 2 du datasheet, le pin Vlow n'existe à priori pas !
    En fait dans le doute comme j'ai pas envie de devoir recommencer le circuit exprès à cause d'une alim, je vais prévoir une diode et un pin sur le pcb pour mettre un mini circuit boost juste au cas où.

    Si non, je m'attaque à la partie puissance du schéma et j'aimerais apporter une petite amélioration !
    Faire de la mesure de courant via inductance étant donné que le circuit permet cette possibilité...
    Mais petite bémole, pour faire ça d'après la page 21 du datasheet en appliquant leur formule pour trouver le dcr idéal avec 40mv de seuil de déclenchement, je dois avoir une inductance qui fait aux alentours de 2milliohms.
    Hélas JLCPCB ne propose pas d'inductance avec ces caractéristique. La plus grosse inductance est taré pour 20A avec 6milliohm de DCR... Certes suffisant pour 80% des cas avec mon éolienne et un prix ridicule de 68 cts mais inadapté dans mon cas pour l'utiliser avec le DCR (déclenchement au seuil 6A par branche).
    Une solution trouvé sur farnell :https://fr.farnell.com/c/composants-...cace-irms-=30a
    mais à 10 fois le prix !

    Des suggestions ou j'ai trouvé la réponse sans faire exprès ?

  6. #36
    bobflux

    Re : Buck Synchrone et rapport cyclique limite avant réversibilité en courant

    Peux tu donner le lien de l'inductance sur jlcpcb ?

  7. #37
    thomas.trautenberger

    Re : Buck Synchrone et rapport cyclique limite avant réversibilité en courant

    Mince pardon j'ai oublié voilà le lien :
    https://lcsc.com/product-detail/Powe...D_C357121.html

  8. #38
    bobflux

    Re : Buck Synchrone et rapport cyclique limite avant réversibilité en courant

    Attention le courant de saturation de cette inductance est 22A, et résistance 6 mOmms... avec un courant moyen de 20A elle va dissiper 2.4W plus les pertes fer, ce qui est beaucoup vu sa taille, mais surtout comme le courant est en dents de scie tu risques de saturer l'inductance sur les pics.

    Il faut voir combien d'inductance elle perd à la valeur max du courant...

  9. #39
    thomas.trautenberger

    Re : Buck Synchrone et rapport cyclique limite avant réversibilité en courant

    Bonsoir,
    me voilà encore avec des questions !
    1)Est ce que selon toi l'IC allume les étages un après l'autre de telle façon a ce que aucun mos ne conduisent simultanément ( i.e. par exemple pour 150kHz et 6 phases on conduit à partir du haut maximum ~0.11µS) ?
    ce qui veut dire un rapport cyclique sur chaque phase limité à 16% ?
    2)Ou bien dans un buck entrelacé on peut faire un rapport cyclique entre 0 et 1 quitte à faire conduire plusieurs phases en même temps (même si en vrai les début de conductions sont bien déphasés) ?

    Parce que je m'explique, j'ai regardé ça pour calculer le courant crête dans une inductance en fonction du temps : https://fr.wikipedia.org/wiki/Bobine...lon_de_tension

    section: Comportement d'une bobine soumise à un échelon de tension

    et que je remplace L par 6.8µH t par 0.11µS (soit le temps max de conduction selon l'hypothèse 1) et r par 2.6mOhms avec E par 88v (100V en entrée moins 12V en sortie ) Je trouve un courant crête de 14A ! Soit environ 2.5A moyen (calculé à la louche) ! On est très loin du 20A moyen recherché !!!!!!!!!

    Bon donc j'ai besoin d'un petit éclaircissement parce que ça m'aiderais aussi à déterminer le Isat que mon inductance va devoir tenir ...

  10. #40
    bobflux

    Re : Buck Synchrone et rapport cyclique limite avant réversibilité en courant

    > 2)Ou bien dans un buck entrelacé on peut faire un rapport cyclique entre 0 et 1 quitte à faire conduire plusieurs phases en même temps (même si en vrai les début de conductions sont bien déphasés) ?

    Oui c'est ça

    > Parce que je m'explique, j'ai regardé ça pour calculer le courant crête dans une inductance en fonction du temps :

    Prends le temps de conduction pendant lequel il y a (Vin-Vout) aux bornes de l'inductance, avec e=Ldi/dt ça te donne la hauteur de la rampe entre le minimum et le maximum de courant, donc le courant d'ondulation Iripple=(Imax-Imin). Tu peux vérifier avec le temps de conduction du MOS du bas, dans ce cas la tension aux bornes de l'inductance est Vout.

    Ce courant d'ondulation est le même quel que soit le courant moyen, sauf en mode discontinu où le MOSFET du bas se coupe quand le courant dans l'inductance passe à zéro.

    Ensuite tu prends le courant moyen Iavg et tu as le min et le max:

    Imin = Iavg - Iripple/2

    Imin = Iavg + Iripple/2

  11. #41
    Exotique

    Re : Buck Synchrone et rapport cyclique limite avant réversibilité en courant

    Citation Envoyé par bobflux Voir le message
    Imin = Iavg + Iripple/2
    Lire Imax= Iavg + Iripple/2.

  12. #42
    thomas.trautenberger

    Re : Buck Synchrone et rapport cyclique limite avant réversibilité en courant

    Bonjour,
    J'ai trouvé mon bonheur niveau inductance grâce à vos précisions !
    https://www.digikey.fr/products/fr/i...=1&pageSize=25
    ou bien
    https://fr.farnell.com/wurth-elektro...dee/dp/2431613

    Mon but a été du coup de trouver une inductance avec 1.6mOhms de DCR afin que pour 20A de courant moyen et 10A d'ondulation de courant on obtient les 40mV (info page 20 du datasheethttps://www.analog.com/media/en/tech...ts/ltc7871.pdf nécessaire au déclenchement
    (i.e on charge l'inductance jusqu'à 25A avant de déclencher avant de faire conduire le MOS du bas )

    Bien sur je suis persuadé que vous pourrez encore m'enrichir d'informations et de choses que j'ai négligé ...

    J'attaque le choix des mos suivant les recommandations : Faible Qg pour celui du haut et Rds(ON) faible pour celui du bas.
    Perso c'est un sacré casse tête sachant que j'aimerais choisir des MOS type TO220 pour que je puisse encore utiliser mon boitier de récup pour le refroidissement de ces bêtes.

    Voilà pour la mise au point

  13. #43
    bobflux

    Re : Buck Synchrone et rapport cyclique limite avant réversibilité en courant

    Pour l'inductance ça a l'air bien.

    Attention aux MOSFETs en TO220, avec les pattes il y a plus d'inductance ce qui peut être gênant surtout sur la grille, ça ralentit la commutation.

    Ils vont dissiper combien ? Si c'est pas trop tu peux mettre des CMS et les refroidir à travers le circuit imprimé...

  14. #44
    thomas.trautenberger

    Re : Buck Synchrone et rapport cyclique limite avant réversibilité en courant

    Zut
    j'en ai trouvé des CMS qui ont l'air sympa. J'ai plus la référence. J'ai trouvé au max 10 w en ordre de grandeur pour les mos du haut et en bas je n'y était même pas encore. Donc à priori le refroidissement est obligatoire.
    Petite chose qui change également, finalement je vais prendre des mos qui tiennent 200v parce que j'ai trouvé la documentation du générateur de l'éolienne et en fin de compte on peut arriver à 150 volts....
    Si non une autre solution chère et sans doute peu efficace sera de déconnecter le circuit via relais ou mos de puissance afin d'isoler en cas de surtensions.
    Comme ça je simplifié le choix des mos et le rendement moyen sera sans doute meilleur...
    Peut être d'autres suggestions ?

  15. #45
    bobflux

    Re : Buck Synchrone et rapport cyclique limite avant réversibilité en courant

    Ah oui 10W ça va pas passer en CMS ça...

  16. #46
    thomas.trautenberger

    Re : Buck Synchrone et rapport cyclique limite avant réversibilité en courant

    Bon finalement comme j'ai refait 20 fois les mêmes calculs, j'ai préparé un tableur que je joins. Qui sait ça pourrait servir à quelqu'un.
    Il permet juste d'estimer les pertes transitoires et de conduction en fonction de paramètres données dans leur datasheet.

    Je pense que je vais choisir :
    Pour le MOS haut :
    https://fr.farnell.com/vishay/sup901...0ab/dp/3585799
    Pour le MOS bas :
    https://fr.farnell.com/vishay/sug900...247/dp/2747695

    avec 8.5A (courant par phase pour 600W sous 12V) de courant moyen par phase on tourne autour de 2W de pertes par MOS ce qui me paraît correct.
    Maintenant a voir si selon toi la capacité de grille est raisonnable ou pas.

    J'ai aussi trouvé un doc intéressant pour choisir un driver de mos :

    http://ww1.microchip.com/downloads/e...tes/00799b.pdf
    Fichiers attachés Fichiers attachés

  17. #47
    Exotique

    Re : Buck Synchrone et rapport cyclique limite avant réversibilité en courant

    Hello,
    pas lu toute la discussion mais juste une remarque:

    Je vois que tu as pris une fréquence de 150kHz, ce n'est pas indispensable du tout.
    Mieux vaut avoir une inductance plus grande que des pertes MOS plus élevées. A moins que tu sois tenu par la place.
    Vu le rendement visé (96%) ce choix est préférentiel puisque tu vois dans ton excel que la self représente que 1W de perte contre 26W pour tes MOS.

  18. #48
    Exotique

    Re : Buck Synchrone et rapport cyclique limite avant réversibilité en courant

    Si tu veux limiter tes pertes le choix des transistors en CMS est préférable, il y a d'excellents superjonction en CMS.
    Comme le dit bobflux les inductances parasites sont bien plus faibles et tu peux en mettre en parallèle sans soucis majeur avec des caractéristiques plus étendues.
    En tout cas à 150kHz ce ne sera pas anodin si tu prends des boitiers en TO-247....

  19. #49
    thomas.trautenberger

    Re : Buck Synchrone et rapport cyclique limite avant réversibilité en courant

    Hello,
    en fait les 150kHz viennent d'un recopiage de la carte d'éval https://www.analog.com/en/design-cen...ml#eb-overview
    Si c'est pas anodin, je vais devoir encore recommencer le design...
    des idées de référence avec moyen de refroidir ?
    Pour la place tout doit rentrer dans la boite prévue pour. La platine doit faire au maximum 145mm par 180mm par 35mm de haut. Niveau place, avoir une fréquence de découpage plus basse dira inductances plus grande mais aussi plus grandes capa de filtrages etc...
    Après les MOS CMS j'en ai vu des super ! Je ne sais juste pas comment les refroidir car je comptais utiliser le boitier en lui même ( boitier alu avec aillettes provenant d'un ancien convertisseur 12v/230v)

    Merci de tes remarques !

  20. #50
    Exotique

    Re : Buck Synchrone et rapport cyclique limite avant réversibilité en courant

    Ton volume semble suffisant si c'est pour 600W.
    Combattre les pertes est un challenge où chaque choix doit être justifié et pesé par rapport aux autres contraintes.
    Il faut donc faire un tableau plus complet avec les autres composants et ainsi voir quel sera l'impact des choix.
    Pour la self il y a aussi des solutions, tu peux utiliser des matériaux tels que des tores plus performants que les classiques noyaux de ferrites (voir chez Coilcraft ou Magnetics par exemple).
    Pour coupler thermiquement tes MOS à ton coffret alu, mon conseil serait de les placer au bottom de ta carte et d'utiliser des silpad de ce type:

    https://dm.henkel-dam.com/is/content...ction-guidepdf

    Il en existe de toutes épaisseurs.

  21. #51
    Exotique

    Re : Buck Synchrone et rapport cyclique limite avant réversibilité en courant

    Page 23 tu as un exemple avec des MOS CMS.
    Tout ce qui chauffera devra être couplé thermiquement de cette manière au boitier (inductance, MOS, condensateurs de filtrage).
    Le but est de chauffer le moins possible dans le coffret et d'avoir le meilleur échange thermique avec l'extérieur.
    Dernière modification par Exotique ; 29/11/2020 à 16h54.

  22. #52
    thomas.trautenberger

    Re : Buck Synchrone et rapport cyclique limite avant réversibilité en courant

    Excellente idée pour les MOS ! Je n'y avais pas pensé.
    Donc en prenant 2 en parallèles par exemple, couplés thermiquement ils vont se partager la charge donc plus de choix possibles. Là encore génial.
    Par contre, comme je n'ai pas beaucoup d'expérience dans le domaine je vais sans doute avoir besoin de plus d'appui.

    Si toi Exotique tu devais concevoir une bête pareil tu choisirais quoi comme fréquence de découpage ? (Sachant que le LTC 7871 à une fréquence min de découpage de 60kHz)

    Pour la liste de choses à prendre en compte on va dire :

    MOS (RDs on, Qg,...)
    Inductances (matériaux, pertes fer, encombrements ?, Isat, Imoyen)
    Fréquence de découpage
    CAPA filtrages (ESR)

    Complète moi si tu veux bien pour être à peu près exhaustif

    Je travaillerai dessus cette semaine.

  23. #53
    bobflux

    Re : Buck Synchrone et rapport cyclique limite avant réversibilité en courant

    En effet

    > avec 8.5A (courant par phase pour 600W sous 12V)

    J'ai pas suivi, tu avais 3 phases ou 6 ? Avec 3 on est plutôt à 16A par phase... et avec 6 phases, tu peux mettre une inductance moins mastoc...

    La formule pour calculer les pertes par commutation dans ton tableur n'est pas bonne. En gros c'est 0.5 * V * I * Fréquence * Temps de commutation.

    Pour calculer le temps de commutation c'est un peu plus compliqué, tu peux regarder le "rise time" dans la datasheet ou bien Qgd divisé par le courant que le driver envoie dans la grille. Comme la tension est élevée c'est important de prendre un MOSFET avec un Qgd faible (Coss faible) pour commuter plus vite. Exemple en TO220.

    Si tu mets vraiment les 6 phases je penses que tu peux descendre à 1-2W de pertes par MOSFET et donc mettre que des CMS, ce qui serait avantageux.

    Et comme dit Exotique, si les pertes par conduction sont un problème, tu peux baisser la fréquence. Mais je ne sais pas si ce sera nécessaire parce qu'avec la bonne formule pour les pertes par commutation et un FET adapté, ça devrait aller. Par contre ces FET sont chers...

  24. #54
    Exotique

    Re : Buck Synchrone et rapport cyclique limite avant réversibilité en courant

    Citation Envoyé par thomas.trautenberger Voir le message
    Si toi Exotique tu devais concevoir une bête pareil tu choisirais quoi comme fréquence de découpage ? (Sachant que le LTC 7871 à une fréquence min de découpage de 60kHz)
    Comme je te le disais précédemment je prendrai le rendement comme objectif et évaluerai les différents budgets.
    Pour ce type de puissance j'évaluerai à 70kHz et 100kHz, au delà les pertes permettront plus difficilement cet objectif sauf à utiliser des composants plus couteux.
    Le routage sera aussi à bien considérer, au delà de 100kHz les choses peuvent vite se compliquer, il faut en avoir l'habitude

    Pour la liste de choses à prendre en compte on va dire :

    MOS (RDs on, Qg,...)
    Inductances (matériaux, pertes fer, encombrements ?, Isat, Imoyen)
    Fréquence de découpage
    CAPA filtrages (ESR)
    Tu peux ajouter une vérification du SOA pour les MOS, un bon placement pour ton routage de carte.

  25. #55
    thomas.trautenberger

    Re : Buck Synchrone et rapport cyclique limite avant réversibilité en courant

    Bobflux, on est effectivement à 6 phases puisque je suis resté sur le LTC7871.

    Pour l'inductance tu mettrais quoi ? J'arrive plus à suivre là

    Merci pour la rectification pour la formule. Peux tu juste identifier les variables de la formules ?
    Par contre j'ai simplement repris la formule telle que je l'ai comprise dans le document microchip cité plus haut (message 46).

    Bon une fois identifiée, je rectifierai. Qu'appelles tu cher ? 5€ le mos ça me va, 10€ ça me va pas du tout ^^

  26. #56
    bobflux

    Re : Buck Synchrone et rapport cyclique limite avant réversibilité en courant

    > Pour l'inductance tu mettrais quoi ? J'arrive plus à suivre là

    Ah j'avais oublié que tu l'avais choisie pour son ESR et pas pour son courant maxi

    >
    Peux tu juste identifier les variables de la formules ?

    Suppose que ton MOSFET est passant, donc
    Vds=0 ou à peu près, et il passe un courant I.

    Pour bloquer le MOSFET il faut que Vds passe de 0 à la tension d'alim V (mettons 100V), pendant ce temps il est toujours passant et le courant circule toujours dedans, ce qui dissipe une puissance instantanée p=i*v avec v qui varie de 0 à V pendant la commutation. Si le temps de commutation est T, tu fais l'intégrale de la puissance et tu trouves une énergie dissipée à chaque commutation de 0.5*V*I*T. Comme il commute deux fois par cycle tu peux enlever le 0.5 que j'ai laissé traîner ci dessus par erreur. Et comme c'est une énergie par cycle tu multiplies par la fréquence pour avoir la puissance moyenne des pertes.

    Mais...

    Quand le MOSFET du haut se bloque alors que le courant circulait dedans, il prend la perte de commutation. Quand il est bloqué, le courant continue à circuler dans l'inductance, et la diode du MOSFET du bas devient passante. Puis le MOSFET du bas devient passant après un temps mort destiné à éviter que les deux MOSFET soient passants en même temps. Donc le MOSFET du bas prend peu de pertes par commutation car il commute toujours avec un Vds égal à un seul de diode. C'est celui du haut qui joue pour ces pertes là. Sauf si le courant dans l'inductance devient négatif.

    Et oui, 5€ sur mouser.



  27. #57
    thomas.trautenberger

    Re : Buck Synchrone et rapport cyclique limite avant réversibilité en courant

    Bonjour,
    histoire de donner des nouvelles, j'essaye de faire au mieux pour comparer 3 solutions à 3 fréquences différentes pour évaluer le rendement. C'est un sacré challenge pour moi.
    En relisant une partie de la conversation je voulais juste dire que le rendement de 96% n'était pas un objectif mais une estimation par rapport aux pertes.

    Si non du côté des choix de MOS il fallait que je vous partage celui ci qui est impressionnant de part ses caractéristiques je trouve :

    http://www.farnell.com/datasheets/1835991.pdf

    Bon dimanche à tous.

  28. #58
    thomas.trautenberger

    Re : Buck Synchrone et rapport cyclique limite avant réversibilité en courant

    Bonjour, je planche sur un petit soucis.

    https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00554341/document
    page 27 la personne parle de D indice 1 puis donne l'ondulation de courant en sortie en fonction de D1 et le reste. Ça m'arrangerai pour dimensionner les capas sur les différentes solutions que j'étudie.

    Merci d'avance

  29. #59
    thomas.trautenberger

    Re : Buck Synchrone et rapport cyclique limite avant réversibilité en courant

    Pardon j'ai pas demandé ce que je voulais :

    En fait j'aimerais savoir à quoi correspond ce D1 ?

    Au rapport cyclique sur une phase ? C'est à dire D1=D/q ? avec q le nombre de phases ?

  30. #60
    bobflux

    Re : Buck Synchrone et rapport cyclique limite avant réversibilité en courant

    Eh bien, ce n'est pas très clair dans le document...

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