Problème simple MOSFET irf740

[Paquito]

Bonjour !
Après avoir fait des prototypes de circuits de flash xenon avec un IGBT, j'ai abandonné, ils sont trop fragiles et crament pour un oui ou pour un non, un peu d’électricité statique et c'est fini.

Je me suis du coup tourné vers une autre solution :
Utiliser un mosfet ( IRF740 ) pour charger un condensateur, et couper le jus entre 200 et 330V selon la puissance de l'éclair désiré.

Je suis assez débutant et piloter une Gate m'est encore très abstrait même si j'ai réussi à driver avant un IGBT par je ne sais quelle magie.
Je n'arrive donc pas à l'allumer correctement avec un ESP8266 ( ≈arduino ) qui sors 3.3v et un comparateur op-amp.
la résistance de la GATE crame en un rien de temps et je ne comprends pas ce que je suis censé faire...



Si quelqu'un.e a une explication voir un petit shéma, ça serait incroyablement gentil ! Ça fait 3j que je m'arrache les cheveux dessus, passant d'échecs en échecs en pensant que ça serait une partie de plaisir...
Merci beaucoup !
Paco

PS : pour plus d'explication sur le schéma : le comparateur mesure la différence entre la tension sortie par le microcontrôleur (PWM du microcontrôleur qui est converti en tension analogique) et celle du diviseur de tension qui permet de déterminer la tension du condensateur. Ça ça marche et tout le reste du circuit d'allumage du flash marche aussi. Juste le problème du MOSFET que je veux utiliser comme interrupteur qui me bloque. Merci encore !
-----

[penthode]

sur ce shéma , je ne pige rien sur l'alimentation et le potentiel de référence (masse)

[Paquito]

Pardon, j'ai tenté de faire plus claire ici.
Merci,
Paco

[antek]

Le LM311 a bien une sortie collecteur ouvert ?
A quoi est référencée la tension grille ?
Le NodeMCU n'a pas de DAC ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[Antoane]

Bonjour,

Il faudrait un schéma plus complet, incluant en particulier les alimentations pour pouvoir bien valider ou non le circuit. Néanmoins, on peut déjà faire quelques commentaires :

- le LM311 est à sortie en collecteur ouvert, et les deux broches associées à sa sortie doivent être connectées ;
- Il faudrait un peu d'hystérésis sur le 311 pour éviter les oscillations de la sortie ;
- On va supposer que les masses de puissance et du circuit de contrôle sont communes ;
- ca peut se justifier, mais R4 est a priori de très forte valeur ;
- Connexion de Q1 :

* Lorsque Q1 est passant, on retrouve effectivement en entrée du comparateur une fraction de la tension aux bornes du condensateur.
* Lorsque Q1 est bloqué, le courant dans la résistance de 60 Ohm est nul et la tension en sortie du pont diviseur R1/R2/R3 est indépendante de la tension aux bornes du condensateur et est égale à une fraction (environ 1 %) de la tension de sortie du pont de diodes -- elle n'est par ailleurs pas filtrée.
=> cela ne va pas fonctionner comme prévu

- Comment la tension en amont du pont de diodes B1 est-elle générée ? avec ce circuit sans isolation commande/puissance, il peut y avoir un risque non-négligeable.

En conséquence, je suggèrerais :

- de mettre le NMOS du côté "+" de l'alimentation de puissance
- de séparer l'alimentation de puissance et celle de l'électronique de signal
- d'utiliser un driver de mosfet isolé
- d'utiliser un circuit isolé pour transmettre la mesure de tension aux bornes du condensateur
- de supprimer le 311 et d'intégrer la fonction "comparaison" au sein du micro-contrôleur (à voir cependant en fonction des risques associés à une surcharge et du temps de charge).

On peut également simplifier en supprimant l'isolation entre circuit de puissance et de contrôle, mais en maintenant une forte résistance entre les deux.

Que vaut le temps de charge ? Quelle doit être le temps de propagation max du cricuit de comande du mosfet (dit autrement : combien de temps êut-il s'écouler au max entre le moment où le comparateur détecte que le condensateur est chargé et celui où le mosfet se bloque) ?

[penthode]

perso , je vois que la partie commande n'est pas référencée au moins haute tension

et peut donc se balader comme elle veut , avec les conséquences qu'on imagine et constate

[Qristoff]

Pour reprendre ton expression, c'est un montage à la Dubout

[Qristoff]

d'utiliser un driver de mosfet isolé

+1 je comprends pas que l'Arduibidule soit encore en vie !

[Paquito]

Merci infiniment Antoane, j'ai tellement la tête dans le guidon en ce moment que je n'avais pas vu que le mosfet coupait la mesure !
Pour l'histeresis j'ai ajouté une résistance entre l'entrée + du comparateur et la sortie, j'imagine que je pourrais celle qui convient le mieux par tatonnements.

- le LM311 est à sortie en collecteur ouvert, et les deux broches associées à sa sortie doivent être connectées ;

En simplifiant le shema je l'ai enlevé mais j'ai tout remis sur le suivant

- Il faudrait un peu d'hystérésis sur le 311 pour éviter les oscillations de la sortie ;

Pour l’hystérésis j'ai ajouté une résistance entre l'entrée + du comparateur et la sortie, j'imagine que je pourrais trouver la bonne par tests.

- ca peut se justifier, mais R4 est a priori de très forte valeur ;

J'avoue que j'ai pris ce que j'ai trouvé sur une schéma en ligne, je n'ai aucune idée de ce qu'il faut mettre.
Je peux tester avec 220ohm comme mis sur le nouveau schéma

- Comment la tension en amont du pont de diodes B1 est-elle générée ? avec ce circuit sans isolation commande/puissance, il peut y avoir un risque non-négligeable.

Je ne sais pas trop comment isoler un circuit, il faudrait que je mette des bobines en rapport 1:1 ?

En conséquence, je suggèrerais :
- de mettre le NMOS du côté "+" de l'alimentation de puissance

fait

- de séparer l'alimentation de puissance et celle de l'électronique de signal
- d'utiliser un circuit isolé pour transmettre la mesure de tension aux bornes du condensateur

je ne sais pas trop comment faire mais je tiens à garder le tout sur un PCB de 7*10cm donc moins de trucs il y a mieux ça sera, si évidement ça n'est pas critique.

- d'utiliser un driver de mosfet isolé

j'ai des FOD3184 qui sont je pense fait pour (High Speed MOSFET/IGBT Gate Driver Optocoupler) https://www.onsemi.com/pdf/datasheet/fod3184-d.pdf
Mais j'ai vu les exemples proposés et ça me semble ultra complexe à utiliser, je me trompe peut-être mais en tous cas je me rends compte que je n'ai vraiment que très peu de bases dans ce domaine

- de supprimer le 311 et d'intégrer la fonction "comparaison" au sein du micro-contrôleur (à voir cependant en fonction des risques associés à une surcharge et du temps de charge).

Mon microcontrôleur n'a qu'un port analogique et j'en ai besoin pour autre chose, mais je vais simplifier le schéma en utilisant le port analogique, que je vais utiliser au moins pour le test.
Je préfère aussi que le cut de l'alimentation soit très rapide, le contrôleur réagirait avec un délais aléatoire car il a pleins de choses à faire à coté aussi

On peut également simplifier en supprimant l'isolation entre circuit de puissance et de contrôle, mais en maintenant une forte résistance entre les deux.

La résistance serait entre les deux masses si je comprends bien ? 500kohm feraient l'affaire ?

Que vaut le temps de charge ? Quelle doit être le temps de propagation max du circuit de commande du mosfet (dit autrement : combien de temps êut-il s'écouler au max entre le moment où le comparateur détecte que le condensateur est chargé et celui où le mosfet se bloque) ?

Il doit être très court, le condensateur se charge entre 0.1 et 0.5 sec



Désolé pour la réponse presque ligne par ligne, j'ai besoin d'apprendre
Et merci encore !

[penthode]

et une lampe à éclats ne se pilote pas comme ça

mais chacun est libre

[DAT44]

Bonjour,
Dans un premier temps, il faut une isolation galvanique entre l'aduino et le secteur avec un opto-coupleur par exemple ...

Dans un deuxième temps, il faudra alimenter le lm311 a partir du secteur ...

[Paquito]

et une lampe à éclats ne se pilote pas comme ça

mais chacun est libre

J'ai vu qu’il y a deux méthodes :
-IGBT, que j'ai testé et même si ça fonctionne (je pouvais choisir la durée à la microseconde) mes circuits ne sont pas assez bon pour que l'IGBT résiste longtemps
-tension dans le condensateur, celle que je tente de faire.
S'il y a d'autres méthodes plus simples je suis preneur (j'ai entendu parler du Cut-off avec un second tube a éclat mais ça ne me convient pas)

[DAT44]

Bonjour,
tu peux charger le condensateur avec un triac par tranche de 10mS (demi alternance)

[Paquito]

Bonjour,
tu peux charger le condensateur avec un triac par tranche de 10mS (demi alternance)

Bonjour
Ah, ça serait relativement simple à mettre en œuvre ! Si je comprend bien, tu veux dire que le triac serait avant le pont de diode pour qu'il s'éteigne à chaque retour à 0V de la sinusoïde et que je pourrais gérer la charge comme par "blocs d’électricité" comme cela, 1 bloc = 1 impulsion sur la gâchette du triac ?
Je commence à reprendre espoir de faire un circuit simple et fiable merci !

[DAT44]

Bonjour,
simulation de la charge du condensateur :



Après 10 périodes (100mS) le condensateur atteint 219 volts

[DAT44]

Bonjour,
le plus simple est de faire une commande temporisé de opto triac ...

Tu peux aussi faire une consigne en PWM et faire la régulation par le LM311 ... (mais c'est moins simple)

[Paquito]

Bonjour,
le plus simple est de faire une commande temporisé de opto triac ...

Tu peux aussi faire une consigne en PWM et faire la régulation par le LM311 ... (mais c'est moins simple)

Merci infiniment pour cette idée !!
Je penses tenter le coup en PWM pour être sur de tout maitriser y compris la décharge progessive, je suis nul en électro mais en programmation je me débrouille pas trop mal , sinon je temporiserai.

Du coup voilà le schéma simplifié en espérant que j'ai bien compris :


(le condensateur de la bobine d’allumage se déchargera probablement mais je trouverais une solution si ça pose problème, mais je suis même pas sur que ça soit un problème puisqu’il y a le condensateur en fait).

Merci encore, j'ai cherché des tas de solutions complexes pour au final avoir une réponse simple, vous êtes géniaux et m'avez refait ma journée !
Belle soirée à tous
Paco

[DAT44]

Bonjour,
pour le retour d'information sur l’Arduino (tension du condensateur), tu peux utiliser un simple optocoupleur (conservation de l'isolation galvanique), utilisé sur une entrée (analogique) de l’Arduino...

Du coup plus besoin du LM311, mais un peu plus de travail pour l’Arduino car il contrôle la sortie pour l'opto-triac en fonction de la tension sur son entrée analogique ...

NB : Si la gestion analogique donne trop de travail pour l’Arduino, tu peux remettre le LM311, et du coup c'est lui qui contrôlera l'opto-triac de charge du condensateur en fonction de la tension de consigne fournie par l'Arduino ...

[DAT44]

Bonjour,
Pour la charge de TRIGGER_CAP1, tu peux remplacer R_TRIG par une 47K en série avec une 1N4007, que tu câble sur la patte 1 du connecteur ENTREE_AC230, ainsi le condensateur TRIGGER_CAP1 se charge(mono-alternance) quelque soit l'état de l'opto-triac OK2 ...

[DAT44]

Bonjour,
schéma modifié :

[Antoane]

Bonjour,

Il doit être très court, le condensateur se charge entre 0.1 et 0.5 sec

Dans ce cas, la régulation de charge par triac ne conviendra pas, la résolution étant limitée à 10 ms.

> https://forums.futura-sciences.com/a...on-fs-gen3.jpg
Même avec une calibration, les non-linéarités de l'opto-coupleur (vieillissement, effet de la température, effet du Vce, etc. sur le CTR) feront que la précision de la tension en fin de charge sera médiocre (de l'ordre de plusieurs dizaines de %). Ca cependant peut être suffisant, et dans ce cas pourquoi pas utiliser un triac pour le contrôle de charge.

Une solution simple, compacte et précise peut consister à placer le circuit de gestion de charge du côté haute tension, par exemple avec le schéma de principe ci-dessous :

- En sortie du pont de diodes U1, {R2, D1, C2} produisent une tension constante indépendante de l'état de la tension aux bornes du condensateur principal C1. R15 est une sécurité assurant la décharge de C2 (on pourra choisir une constante de temps de l'ordre de 2 secondes pour le produit R15*C2). Attention à la puissance dissipée par cette résistance.
- R1 limite le courant de charge de C1, la charge est contrôlée par le mosfet M1.
- M1 est commandé par l'optocoupleur U2, par simplicité, il s'agirait d'un optocoupleur à sortie photodiode, capable de piloter un mosfet sans alimentation isolée externe. Par exemple : https://www.vishay.com/docs/83469/vom1271.pdf
- {R3, R4, R5} constituent le pont diviseur de mesure de la tension aux bornes de C1. J'ai séparer R3 et R4 pour limiter la tension aux bornes de chaque résistance -- c'est préférable d'un point de vue fiabilité. On pourra choisir R3 = R4 et R5~10 kOhm.
- R6 joue pour C1 le même rôle que R15 pour C2 : décharge de sécurité. Cette résistance, associée à D2, D3 et à C3, réalise par ailleurs une source de tension de faible valeur pour alimenter le circuit de contrôle de la charge. Suivant le dimensionnement, D2 n'est pas toujours dispensable... mais ne coute pas cher. On pourra choisir une tension de l'ordre de 10 V pour D3, et dimensionner R6 de manière à ce que s'y écoule un courant de l'ordre de 10 mA ou que R6*C1~2s (prendre la plus petite valeur de R6 trouvée avec ces deux méthodes). Attention à la puissance dissipée par cette résistance.
- {U5, R9, R10, R13, C4} constituent un DAC isolé permettant de transmettre le signal PWM généré par le µC de l'autre côté de la barrière d'isolation et de le filtrer. On pourra choisir C4*R13 ~1/(50*f_pwm) où f_pwm est la fréquence du PWM, et R10 ~R13/10, et R14~R13*10. On pourra choisir R10 ~ 10 kOhm.
- Le comparateur compare la tension aux bornes du condensateur et la tension délivrée par le DAC. R12 apporte de l'hystérésis. On pourra choisir R14~R13*10. Le LM311 consomme plusieurs mA, on préférera un comparateur à faible consommation (par exemple le LT1716, mais il y en a beaucoup d'autre).
- U4 isole la sortie du comparateur, il faudra un opto-coupleur avec fort CTR, se contentant d'un faible courant dans sa led, de l'ordre de 1 mA. Un opto à sortie darlington - par exemple un 4N29
- Avec ce schéma, il est prévu que le µC commande directement uC_charge en fonction de uC_isCharged. On peut néanmoins mettre un lien direct, éventuellement supervisé par une sortie du µC pour assurer que la charge n'ait lieu que si le µC l'autorise.
- On pourrait souhaiter alimenter l'entrée de U2 directement avec la sortie de U4, mais cela imposerait à U4 de délivrer le fort courant demandé par U2 (un fort courant de l'ordre de 20 ou 30 mA est requis pour alimenter la sortie de type "photodiode")... Ce qui n'est pas possible car l'alimentation réalisée par R6 et D3 ne peut délivrer qu'un faible courant.

Je n'ai pas calculé les valeurs des composants, mais on pourra t'aider, Paquito, à le faire

[Paquito]

DAT44 et Antoane,
Merci pour vos explications détaillées et pour votre implication, je ne m'attendais pas à ça !
Déjà en tentant de comprendre j'ai appris pas mal, et étant plongé dedans depuis un moment ça me permet de prendre du recul et de voir un peu au delà des idées que j'avais.
En effet c'est probablement pas super précis mais ça me fait une solution qui peut marcher si je bidouille un peu .

Je vais explorer vos idées respectives et j'ai aussi peut-être trouvé le moyen de piloter mon mosfet de façon isolé, j'ai fait un peu de bidouille (j'ai utilisé une petite carte qui pilote un IRF540 et l'ai remplacé par le IRF740, je vais voir ce que ça donne déjà.



J'ai aussi trouvé d'autres tubes Xénon qui trainaient, je vais voir si je peux les utiliser comme extinction (condensateur chargé au max, allumage du tube, extinction en allumant le second quelques microsecondes après).

Ca me fait 3 prototypes différents à faire ce qui est bien pour l’apprentissage et atteindre une solution qui me convient !
Je donne des nouvelles rapidement sur mes trouvailles et l'application de vos idées.
Merci encore et beau dimanche à vous !

[Paquito]

Comme prévu, ça n'a pas marché

[Paquito]

Du coup ton schéma m'est toujours très flou car j'ai encore du mal à comprendre les résistance et les courants, j'ai pas les automatismes et je bloque à chaque fois.. Et j'ai pas l'impression d'avoir tous les composant ni le moyen de les avoir à temps.
Pour la partie logique/algorithmique du circuit (j'entends par là détecter la charge du condensateur, envoyer le signal logique pour allumer ou éteindre le mosfet quand il le faut...), je peux me débrouiller, mais je penses que ce qui me bloque du coup c'est vraiment allumer et éteindre comme je veux le MOSFET, ce qu'il y a après la sortie entre l'Arduino et la gate.
j'ai sous la main des optocoupleurs PC817, quelques résistances et diodes et j'aimerais juste arriver au stade où j'en suis à allumer et éteindre à ma guise (via une sortie logique de l’Arduino ou du LM311) le LM311.

Par exemple, pour enlever le superflu et me concentrer sur ça, j'aimerais allumer/éteindre une Ampoule 230V avec le MOSFET et l’Arduino, et l'optocoupleur ou non selon la difficulté. Si je sais faire ça, je sais (je crois) charger le condensateur comme je souhaite.

[lutshur]

Bonjour,

j'entends par là détecter la charge du condensateur, envoyer le signal logique pour allumer ou éteindre le mosfet quand il le faut...

je sais (je crois) charger le condensateur comme je souhaite.

Dans ce cas, pourquoi ne pas ne pas utiliser un thyristor à la place du Mosfet. C'est un montage déjà éprouvé.

[lutshur]

Je n'ai rien dit. J'ai regardé les schémas de travers.

[Antoane]

Bonjour,

Du coup ton schéma m'est toujours très flou car j'ai encore du mal à comprendre les résistance et les courants, j'ai pas les automatismes et je bloque à chaque fois.. Et j'ai pas l'impression d'avoir tous les composant ni le moyen de les avoir à temps.

En commandant sur RS ou site du même calibre tout est livré dans la semaine (et le port est gratuit si tu commandes le week-end).

je penses que ce qui me bloque du coup c'est vraiment allumer et éteindre comme je veux le MOSFET, ce qu'il y a après la sortie entre l'Arduino et la gate.

C'est facile :

- si tu appliques une tension suffisante (en général comprise entre 5 et 10 V) entre la grille et la source du mosfet, celui-ci sera passant, et alors équivalent à un résistance de très faible valeur (en général entre 10 mOhm et 1 Ohm).
- si tu appliques une tension inférieure à une certaine valeur seuil (en général proche de 1 ou 2 V), le mosfet sera bloqué, et alors équivalent à une diode dnot la cathode est reliée au drain du MOSFET tandis que l'anode est à la source.

Plus simplement :

- si Vgs = 0 V alors le mosfet est un circuit ouvert ;
- si Vgs > 10 V alors le mosfet est un court circuit.

Par exemple, pour enlever le superflu et me concentrer sur ça, j'aimerais allumer/éteindre une Ampoule 230V avec le MOSFET et l’Arduino, et l'optocoupleur ou non selon la difficulté. Si je sais faire ça, je sais (je crois) charger le condensateur comme je souhaite.
Pièce jointe 440047

En branchant la broche GND de l'arduino à la source et en branchant la broche signal à la grille ca fonctionnera (si le mosfet a été choisi de sorte que la tension délivrée par l'arduino soit "suffisante").

j'ai sous la main des optocoupleurs PC817, quelques résistances et diodes et j'aimerais juste arriver au stade où j'en suis à allumer et éteindre à ma guise (via une sortie logique de l’Arduino ou du LM311) le LM311.

Le problème du PC817 est que sa sortie est un (photo-)transistor. Ainsi, lorsque sa led (le primaire) est alimentée, la sortie se comporte comme un court-circuit ouvert, tandis quela sortie se comporte comme un circuit ouvert si la led n'est pas alimentée. Avec ce composant, on ne peut donc pas créer la tension "suffisante" de 5 à 10 V nécessaire pour faire commuter proprement le mosfet. A partir de là, il y a plusieurs options :

- ne pas utiliser de MOSFET, mais un autre type d'interrupteur ne nécessitant pas cette source de tension :

* transistor NPN ou PNP
* triac
* relais à la place de l'opto et du transistor
* utiliser un MOSFET mal commandé (@Vgs = Vds).... mais c'est pas propre

- utiliser une source isolée externe en plus de l'optocoupleur, par exemple https://www.tracopower.com/fr/fra/series/tmv
- utiliser un optocoupleur particulier, tel celui proposé plus haut, à sortie photovoltaique, ou intégrant une alimentation (par exemple : https://www.analog.com/en/products/adum6132.html)
- supprimer l'isolation

[Antoane]

Bonsoir,

Je vais explorer vos idées respectives et j'ai aussi peut-être trouvé le moyen de piloter mon mosfet de façon isolé, j'ai fait un peu de bidouille (j'ai utilisé une petite carte qui pilote un IRF540 et l'ai remplacé par le IRF740, je vais voir ce que ça donne déjà.
Pièce jointe 440044

Peux tu donner un schéma de ton circuit, incluant toutes les connexions et les alimentations?

[lutshur]

Paquito
Comme prévu, ça n'a pas marché

Si tu as utilisé tes schéma du #3 ou du #9, comment la grille pourrait être bien commandée par rapport à la source ?
@Antoane
Ton schéma du #21, il ne faudrait pas un condensateur en sortie du pont de diodes ? Histoire de garder le drain toujours supérieur à la source

[Antoane]

Bonsoir,

Ton schéma du #21, il ne faudrait pas un condensateur en sortie du pont de diodes ? Histoire de garder le drain toujours supérieur à la source

Je rate peut-être ce qui te gène, mais :
Passer en Vds < 0 n'est pas un problème, pour peu que le courant circulant dans la diode de body du mosfet soit suffisamment limité pour ne pas surchauffer le composant.
Si j'ai bien compris, R2 est prévue pour être >> à la résistance équivalent de la charge (le tube à décharge), donc C1 ne pourra pas se décharger dans R2+C2 après l'activation de la lampe à décharge. Par conséquent, il n'y a pas de chemin pour le courant qui pourrait permettre de décharger C1 au travers de la diode de body de M1.
Donc je ne vois pas de problème.