charge de batteries lithium

[davidif]

Bonjour, j'ai par le passé mis en oeuvre des chargeurs de batteries lithium pour charger des batteries de 9ah sous 25Vdc Par le biais du LTC4013 de chez analog device
https://www.analog.com/media/en/tech...ts/ltc4013.pdf

Montage tout à fait fonctionnel jusqu'à maintenant, récupérer sur la carte d'éval que j'ai juste à adapter les composants relatifs à la batterie à charger, c'est à dire :
La Rsense --> 3A
La RFB --> Pour la tension
et quelques condo en tension pour du Vin de 34Vdc

Actuellement, je souhaite pourvoir charger une batterie plus énergétique, de lors de 40Ah à 25,55Vdc , charger à 33A et pour ce faire avec le LTC4013 adapter les composants concerné cité ci-dessus : Rsense --> pour 33A, RFB reste la même et je vais devoir changer les mosfet qui d'origine admettent du Id=16A et orienté mon choix sur soit le

Sidr402DP https://www.vishay.com/docs/75606/sidr402dp.pdf
Sidr608DP https://www.vishay.com/docs/75312/sidr638dp.pdf

Or pour m'assurer du meilleur choix je dois approfondir les calcules en prenant en compte la docs du LTC4013 mais évidemment les mosfet

Ce qui a orienté mes choix :

Exemple du Sidr402DP :
Id=100A et Id(70°)=51,7A
Rds(on 4,5V)= 0,00116 Ohm
Puissance dissipé = 33A² x Rds = 1,67W la docs donne du 4 à 5W
Pour du commuté, les sorties PWM du LTC de 200Kz à 1Mhz doivent piloté mes mosfet dont les capacités sont
Ciss=9100pF, Coss=1650pF, Crss250pF qui me paraissent largement suffisante sauf erreur...

Juste que quelques notions me dépasse quand je passe au calcules de la "puissance High low" et "puissance low low" de la page 24,25 de la doc du ltc4013 ou je trouve 23W sauf erreur mais ne perçois pas l'influence ?...

Aussi la doc aborde les données de charge Qg, Qgs, Qgd, Rg et leur limite mais je n'arrive pas à comprendre si ceux de mes mosfet sons adequate à ce propos.

Pourriez vous m'éclairer à ce sujet
Merci de votre aide
-----

[davidif]

La carte d'éval sur laquelle j'inspiré mon 1er montage
https://www.analog.com/media/en/tech...es/DC2374B.pdf

https://forums.futura-sciences.com/a...1&d=1673106041

[Antoane]

Bonjour,

La puissance dissipée par un MOSFET ne se calcule pas directement via le courant de sortie, mais le courant RMS circulant dans ledit MOSFET (le rapport cyclique entre en jeu). Il faut par ailleurs ajouter les pertes par commutation. Pense que Rdson dépend fortemet de Tj.

Pour du commuté, les sorties PWM du LTC de 200Kz à 1Mhz doivent piloté mes mosfet dont les capacités sont
Ciss=9100pF, Coss=1650pF, Crss250pF qui me paraissent largement suffisante sauf erreur...

Je ne suis pas sûr de comprendre cette phrase : d'une manière générale, ont veut que ces capacités parasites soient aussi faibles que possibles.

L'un des intéret d'utiliser des composants de chez AD/LT/Maxim est de disposer de LTSpice et d'éxcellents modèles de simulations. As-tu fait une simu ?

J'admet ne pas avoir le courage de dépioter la datasheet en entier, mais si tu as des questions précises...

[davidif]

Bonjour Antoane et merci pour ton attention.

Bonjour,

La puissance dissipée par un MOSFET ne se calcule pas directement via le courant de sortie, mais le courant RMS circulant dans ledit MOSFET (le rapport cyclique entre en jeu). Il faut par ailleurs ajouter les pertes par commutation. Pense que Rdson dépend fortemet de Tj.

Oui je sais bien, je rafraichie un peut mes lointaines connaissances (modèle théorique du mosfet avec ces capacités parasites) à ce sujet avec les différents critères à prendre en compte suivant les spécifications du LTC et Mosfet adequat.
A première vu calculé une puissance dissipé continue est le cas le plus défavorable, si ça passe, ça passera lorsqu'on comptabilise un courant moyen du fait de commutation d'une PWM sur sa Gate.
Bien qu'il est aussi important d'évaluer les pertes en commutation, choses que je n'ai pas encore fait ou tout du moins en faisant les calculs recommandé sur la docs du LTC sauf erreur en page 24 et 25 pour ce qui concerne P High_Loss et P Low_loss pour lesquels je trouve environ 24W avec FsW à 500Khz avec le mosfet Sidr402 qui me parait la moins importante en charge grille notamment (53nC) mais je suis pas sûr de mon résultat voir de mon interprétation de la doc.

Je ne suis pas sûr de comprendre cette phrase : d'une manière générale, ont veut que ces capacités parasites soient aussi faibles que possibles.

L'un des intéret d'utiliser des composants de chez AD/LT/Maxim est de disposer de LTSpice et d'éxcellents modèles de simulations. As-tu fait une simu ?

J'admet ne pas avoir le courage de dépioter la datasheet en entier, mais si tu as des questions précises...

Pour les capacités, je suis d'accord ils faut qu'elles soit le plus petit possible et leurs valeurs laisse à entendre que les fréquences utilisé passe largement.
De plus, j'utilise LTSpice effectivement mais le modèle LTC4013 n'existe pas en simulation, de même que leur carte d'éval DC2374 que j'ai testé, dont je me suis inspiré pour faire un chargeur 3A, je ne peux donc pas testé mes changement ou à refaire l'ensemble qui risque de me prendre un bon bout de temps ....

Sauf erreur pour calculer la perte en commutation, il s'agirait de faire
Par commutation Pc = (Vds x Id x (Tr+Tf) x F) / 2

Merci

[A voir en vidéo sur Futura]

[Bitrode]

Actuellement, je souhaite pourvoir charger une batterie plus énergétique, de lors de 40Ah à 25,55Vdc , charger à 33A et pour ce faire avec le LTC4013 adapter les composants concerné cité ci-dessus : Rsense --> pour 33A, RFB reste la même et je vais devoir changer les mosfet qui d'origine admettent du Id=16A et orienté mon choix sur soit le

Sidr402DP https://www.vishay.com/docs/75606/sidr402dp.pdf
Sidr608DP https://www.vishay.com/docs/75312/sidr638dp.pdf

Bonjour,

attention à prendre en compte un point important qui consiste à choisir la fréquence de découpage selon la puissance à transmettre.
Lorsque la puissance augmente il y a un choix technologique à faire afin de limiter les pertes générales.
Généralement la tendance naturelle est de choisir des MOS à très faibles Rds(ON), sauf qu'au delà d'un niveau de fréquence les pertes en commutations deviennent non négligeables, voir prépondérantes puisque la charge de grille augmente notablement.

Augmenter la fréquence permettra de réduire le volume des éléments de filtrage (LC en sortie et filtre d'entrée) MAIS il ne faut pas négliger les impacts sur la CEM et sur la dissipation thermique qui va s'envoler proportionnellement.

Tu peux utiliser des MOS de type CoolMos de la série C7 par exemple, qui offre le meilleur FOM (Figure Of Merit -> Rds(on)*Qg), un Qg faible permet de réaliser un gain non négligeable sur les pertes en commutation.
Tu peux également t'orienter vers les MOS en techno GaN qui permettent à ces niveaux de tensions de pouvoir travailler plus haut en fréquence avec des pertes très faibles.

Pour le niveau de courant que tu cherches à atteindre le LTC4013 ne me semble pas le plus approprié.
Tu peux bien plus simplement utiliser un circuit PWM adapté à la charge de type UI, simple d'usage et pour tous types de puissance à savoir le TL494 qui avec ses 2 comparateurs intégrés permet d'avoir une régulation très simple.
Personnellement je l'utilise encore beaucoup pour des chargeurs hautes tensions pour des batteries de 500VDC et plus mais avec des transistors SiC.

[davidif]

En avançant dans ma réflexion, j'ai pu lire sur la docs qu'avec un Vin de 34Vdc et une fréquence de 500khz selon la page 26 mon Qg des 2 mosfet doivent être au maximum de 36nC or mon mosfet fait 53nC ce qui est trop fort pour minimiser la puissance dissipé du LTC de minimun 0,5W.
Solution choisir un mosfet dont le Qg soit plus petit
Diminuer la fréquence par le biais de Rt à 200Khz
Diminuer Vin

[davidif]

Bonjour Bitrode et merci pour tes conseils

Bonjour,

attention à prendre en compte un point important qui consiste à choisir la fréquence de découpage selon la puissance à transmettre.
Lorsque la puissance augmente il y a un choix technologique à faire afin de limiter les pertes générales.
Généralement la tendance naturelle est de choisir des MOS à très faibles Rds(ON), sauf qu'au delà d'un niveau de fréquence les pertes en commutations deviennent non négligeables, voir prépondérantes puisque la charge de grille augmente notablement.

Oui je sais bien et c'est pour ces raison que je cherche à quantifier ces pertes, choses que je n'ai pas fait depuis longtemps.

Tu peux utiliser des MOS de type CoolMos de la série C7 par exemple, qui offre le meilleur FOM (Figure Of Merit -> Rds(on)*Qg), un Qg faible permet de réaliser un gain non négligeable sur les pertes en commutation.
Tu peux également t'orienter vers les MOS en techno GaN qui permettent à ces niveaux de tensions de pouvoir travailler plus haut en fréquence avec des pertes très faibles.

Oui je vais voir d'autre techno de mosfet que tu me décrit.

Pour le niveau de courant que tu cherches à atteindre le LTC4013 ne me semble pas le plus approprié.

Ce composant fonctionne plutôt pas mal pour gérer les cycle de charge de batteries lithium multi-cellules pour l'avoir déjà utilisé, les commande et seuil sont en tension, bien que je n'ai pas tout étudier son architecture m'a l'aire assez optimisé pour ce genre de fonction, il suffit juste de l'adapter aux puissances souhaité et pour ça changer quelques paramètres commes le Rsens 1,5W, Rfb, les mosfet

Tu peux bien plus simplement utiliser un circuit PWM adapté à la charge de type UI, simple d'usage et pour tous types de puissance à savoir le TL494 qui avec ses 2 comparateurs intégrés permet d'avoir une régulation très simple.
Personnellement je l'utilise encore beaucoup pour des chargeurs hautes tensions pour des batteries de 500VDC et plus mais avec des transistors SiC.

Oui mais ça nécessite d'autre éléments extérieur pour implémenter les cycles de charges, courant constant et à tension batterie atteinte , diminution du courant à tension constante, le TL494 n'est une PWM.

[davidif]

en ce qui concerne P High_Loss et P Low_loss pour lesquels je trouve environ 24W avec FsW à 500Khz avec le mosfet Sidr402 voudrait dire qu'en charge à 33A sous 25Vdc à 29,2Vdc donc 963W, j'aurai une perte de 24W donc 963-24 = 939W ?

[Bitrode]

Il faut surtout prendre en compte le Qg(max) qui est 165nC pour ton MOS et non pas le typique.
Des MOS 40V me semble un peu juste aussi à première vue pour une entrée de 34VDC.
200kHz pour ce type de MOS est déjà trop élevé, alors 500kHz mieux vaut oublier.

[Bitrode]

Ce composant fonctionne plutôt pas mal pour gérer les cycle de charge de batteries lithium multi-cellules pour l'avoir déjà utilisé, les commande et seuil sont en tension, bien que je n'ai pas tout étudier son architecture m'a l'aire assez optimisé pour ce genre de fonction, il suffit juste de l'adapter aux puissances souhaité et pour ça changer quelques paramètres commes le Rsens 1,5W, Rfb, les mosfet

Oui je connais bien ce circuit qui est idéal pour des courants de charges réduits de l'ordre de 10A max.
Au delà il faut changer de technologie de MOS je te l'ai dit plus haut, donc adapter en conséquence et on perd assez vite l'avantage du (quasi) tout intégré que propose Linear avec ce circuit.

Oui mais ça nécessite d'autre éléments extérieur pour implémenter les cycles de charges, courant constant et à tension batterie atteinte , diminution du courant à tension constante, le TL494 n'est une PWM.

Ce circuit est dédié justement à la recharge de batterie, tout est accessible, modifiable, c'est ce qui a fait et fait encore son succès aujourd'hui particulièrement pour la charge de batterie.
Il y a bien moins de composants nécessaire que pour le LTC4013 par exemple et adjoindre un GaN ou un SiC est chose aisée.

Ensuite tout dépend de tes objectifs, délais de mise au point, contraintes du CdC, etc
Juste faire attention qu'une carte d'évaluation n'est pas forcément la meilleure réponse à un développement de série et extensible à l'infini, généralement un circuit tel que le LTC4013 est développé pour un type précis d'application.

[davidif]

Il faut surtout prendre en compte le Qg(max) qui est 165nC pour ton MOS et non pas le typique.
Des MOS 40V me semble un peu juste aussi à première vue pour une entrée de 34VDC.
200kHz pour ce type de MOS est déjà trop élevé, alors 500kHz mieux vaut oublier.

Les tensions sont celle déjà utilisé pour des charges de 3A, j'ai repris et gardé les mêmes caractéristique de Vds à 40V du Mosfet Si7116 de la carte d'éval, ça reste un minimum effectivement et pourrais prendre plus élevé en effet.

Oui je me suis basé sur le typique, le Qg max est plus élevé mais quand on parle fréquence et que l'on s'arrète sur la capacité d'entré Cg, celle-ci semble suffisamment petite pour les fréquences abordées : 9,1nF
Si l'on compte une resistance de 5 Ohm en gate, un 3RC = 0,1365uS si je dis pas trop de bêtise sur une fréquence 1Mhz max le changement d'état en Gate de 0,5uS à le temps de s'exécuter pour résumer brièvement, d'autant plus à 200Khz, suis-je à côté .

[Bitrode]

Je ne sais pas quelle carte d'évaluation de chez LT tu as utilisé mais de mémoire aucune ne dépasse les 100W pour ce circuit.
Toi tu veux faire un chargeur de quasiment 1kW, soit 10x plus.
C'est un peu comme si tu modifiais une 2CV pour en faire une Porsche, forcément le châssis va être sacrément contraint
Tu ne dis pas à quelle température ambiante tu dois satisfaire, ni si monter 1 gros ventilateur est permis.
Sinon essaye à 200kHz, c'est souvent la meilleure manière d'être convaincu de son erreur.

[davidif]

Je ne sais pas quelle carte d'évaluation de chez LT tu as utilisé mais de mémoire aucune ne dépasse les 100W pour ce circuit.
Toi tu veux faire un chargeur de quasiment 1kW, soit 10x plus.
C'est un peu comme si tu modifiais une 2CV pour en faire une Porsche, forcément le châssis va être sacrément contraint
Tu ne dis pas à quelle température ambiante tu dois satisfaire, ni si monter 1 gros ventilateur est permis.
Sinon essaye à 200kHz, c'est souvent la meilleure manière d'être convaincu de son erreur.

Cette carte là : https://www.analog.com/media/en/tech...es/dc2374b.pdf
Après je ne suis pas contre changer mais avec le LT494 dont tu parles mais pour le moment je n'arrive pas à me rendre compte de la mise en oeuvre car quand je vais sur sa doc je vois un simple contrôleur PWM avec un comparateur, il y a forcement besoin de plus de composants et du temps de mise en oeuvre que j'aimerai éviter ou aurais tu un exemple sur lequel je pourrais m'inspirer ?...
De plus, qui dit PWM, dit fréquence de pilotage également ... sauf erreur, même contrainte qu'avec le LT4013 en faite, ... ou tu descends plus en fréquence je suppose ...

Les mosfet des hacheurs des alimentation à découpage par exemple, sont piloté aux environs d'une centaine de khz de mémoire, quel sont les techno utilisé généralement ? les mos dont tu parles ? ... Cool mos type C7 , power mos, ...

A propos de l'ambiant, l'ensemble sera embarqué dans une valise type pélicase avec des ouvertures et ventilations mais je dois effectivement prendre en compte une certaine température au dessus du 25° et me fit aux données du Id à 70° par exemple.

Aussi, J'ai commencé à regarder les mos dont tu parles et vu quelques un intéressant sur lesquels je ne me suis pas encore arrêté, comme
https://www.infineon.com/cms/en/prod.../bsz021n04ls6/
https://www.infineon.com/cms/en/prod.../bsc022n04ls6/
https://www.infineon.com/cms/en/prod.../bsz018n04ls6/
Et j'en passe ...

Je dois continuer à les examiner et aller voir du côté des Gan
Qui sont à faible Qg

Merci Bitrode

[davidif]

Après en relisant la doc du LTC4013 (sans vouloir m'obstiner ) Page 25, il est donné l'exemple d'une charge à 20A sous 30Vdc donc 600W, bon on est pas à 1KW.
Après tout ça reste à être testé évidemment.

[davidif]

Bon toujours en cours de recherche, quelques mosfet ont suscités mon intérêt, tel que :

BSZ024N04LSS6
IQE013N04LM6CGSC

qui présente des charges + Rg très petit et de plus en jouant sur certains critères que sont :
La fréquence de 500K je passe à 200K
La tension d'entrée de 34 à 30
I charge max à 25 max 30

d'après les relations données en doc des pertes je passe de 24W à 4,5W et 3,5W.
Moins de 0,5W dissipé par le LTC.

Je continue mes recherche tout de même.

[davidif]

Afin de rester sur une solution testé et vérifié sur un courant plus faible (3A mais peut plus), voir à faire cette solution d'augmenter le nombre de mosfets plus petit en Id, comme ceci me parait intéressant, histoire de ne pas perdre trop de temps d'étude :

[Bitrode]

Après je ne suis pas contre changer mais avec le LT494 dont tu parles mais pour le moment je n'arrive pas à me rendre compte de la mise en oeuvre car quand je vais sur sa doc je vois un simple contrôleur PWM avec un comparateur, il y a forcement besoin de plus de composants et du temps de mise en oeuvre que j'aimerai éviter ou aurais tu un exemple sur lequel je pourrais m'inspirer ?
De plus, qui dit PWM, dit fréquence de pilotage également ... sauf erreur, même contrainte qu'avec le LT4013 en faite, ... ou tu descends plus en fréquence je suppose ...

Je n'avais pas vu ton message, je te réponds ici.

Le TL494 existe chez plusieurs fabricants de CI, il existe également sous d'autres références telle que par exemple le KA7500 chez Fairchild.
Le gros avantage de ce (vieux) circuit et c'est aussi ce qui a fait son énorme succès, est qu'il possède toute les fonctions élémentaires pour réaliser n'importe quelle topologie de découpage.
Le fait qu'il possède 2 comparateurs intégrés fait de lui un candidat idéal pour les réalisations de chargeurs UI ou divers PSU.
Autre gros avantage est que son alimentation est totalement décorrélée de la partie puissance, ce qui permet de piloter des charges en HV sans limite.
Il possède également un oscillateur intégré qui peut avec un simple couple RC fournir une fréquence jusqu'à 300kHz, bien suffisant pour la majorité des applications courantes.
Une référence intégrée de 5V est disponible, une pin du CI (OUTPUT CTRL) permet de configurer l'étage de sortie en mode asymétrique ou parallèle ou encore en mode push-pull.
Je pense que c'est le seul circuit à proposer ce type d'architecture paramétrable aussi simplement.
C'est pour cela que tu en trouveras dans des convertisseurs DC-AC, des chargeurs de batterie, des alimentations à découpage AC-DC ou DC-DC (Buck, Boost, etc)
Il a très peu de points faibles et pour un chargeur de batterie il est inégalable de mon point de vue car il peut s'adapter à toutes les technos de MOS, IGBT, BJT en ajoutant juste un driver approprié.
Le LTC4013 est intéressant pour faire du MPPT mais est-ce bien ce que tu cherches à faire?
Tu peux aussi faire du MPPT avec le TL494 du fait que tu as accès à une pin permettant de piloter le duty-cycle.

Si tu as besoin d'un exemple je pourrai t'en fournir un mais en MP uniquement.

[Bitrode]

Afin de rester sur une solution testé et vérifié sur un courant plus faible (3A mais peut plus), voir à faire cette solution d'augmenter le nombre de mosfets plus petit en Id, comme ceci me parait intéressant, histoire de ne pas perdre trop de temps d'étude :

Oui tu peux faire comme ça mais il te faudra ajuster quelques valeurs comme notamment la capa de boost C(BST) et soigner particulièrement le routage.
Je te conseille un 4 couches et dispose les MOS sur les 2 faces pour minimiser les inductances parasites surtout si tu travailles à plus de 100kHz.
Le condensateur CVin doit être au plus prés du LTC4013, sans quoi ça risque tout simplement de ne pas démarrer.