Courant d'appel dans mon Mosfet

[YAAAASQ]

Bonjour tout le monde!

Je travaille actuellement sur un projet scientifique et je suis entrain de simuler un DC/DC boost Converter mais j'ai un problème avec mes Mosfets.

Dans mes Mosfets un courant d'appel apparait à chaque fois comme vous voyer dans l'image(exemple du Mosfet M3) et il y a aussi le courant qui traverse l'inductance.

Pour supprimer ces courants, je veux utilisera un filtre c'est bien les deux résistances et la capacité que j'ai mis entre drain et source de chaque Mosfet mais je ne sais pas comment designer ce filtre et choisir les bons valeurs parce que j'ai toujours le même problème.

Est ce que quelqu'un peut m'aider à designer ce filtre???

Merci d'avance.



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[Antoane]

Bonjour,
(
Ce courant vient du recouvrement inverse de la diode de body de M4 lorsque M3 entre en conduction. Il est néfaste car il engendre des pertes par commutations accrues (et éventuellement un peu de stress). Les temps-morts, nécessaire pour éviter la cross-conduction de M3 et M4, forcent la diode de body de M4 à entrer en conduction, il n'est donc pas possible de supprimer aisément ce pic de courant.

Une solution consisterait à empécher la mise en conduction de la diode de body de M4 en mettant une diode schottky en parallèle. Cela se faisait lorsque les MOSFET avaient des diodes de body aux performances excécrables, mais aujourd'hui on s'en passe généralement : l'augmentation du cout de la BOM et le besoin de miniaturisation (pour limiter le cout et minimiser les inductances) dissuade d'ajouter ces composants.

En pratique, la simulation n'est pas un super outils (ou plutôt n'est pas un outils simple à utiliser) pour évaluer ce genre de pic de courant : les modèles des composants seront souvent trop imprécis, et les modèles du circuit eg. (parasitiques dus au PCB) seront mal quantifiés/modélisés.


Le circuit que tu as ajouté est un snubber, ou circuit d'aide à la commutation (CALC), qui va aider à l'ouverture, en assurant un blocage en ZVS du MOSFET. Il te faudrait cependant un CALC d'aide à la fermeture, qui a une autre topologie (voir par exemple http://biblio.univ-antananarivo.mg/p...spa_ing_08.pdf, que je n'ai pas étudié).
Note que ce montage n'est pas trivial à dimensionner : il consiste à reporter une partie des pertes du MOSFET dans le snubber, mais s'il est mal dimensionné, les pertes totales seront accrues.
C19 est chargé/déchargé à la fréquence de commutation. Les pertes associées sont : P = fsw * C19 * Vout², soit, à la louche : 0.6 W à 100 kHz.

Une autre solution consiste à diminuer la vitesse de commutation des MOSFET pour diminuer les pertes par recouvrement... mais cela augmente les temps de commutation, et donc les pertes...


Conclusion : la meilleure chose à faire est probablement de laisser les choses en l'état, sans CALC ou autre artifice.


Par ailleurs :
- Quel est le role de C24 ? Il va ralentir les commutations sans rien apporter !
- Es tu sûr du cablage du filtre des entrées de SENSE1?
- D1 doit être une diode (schottky), pas une zener

[YAAAASQ]

Merci beaucoup pour votre retour.

Et pourquoi la diode D1 doit être une diode schottky et pas une diode Zener?

[Antoane]

La répone facile est : "car c'est ainsi dans la datasheet" :

Bias Supply Pin. This pin powers most of the chip. When the ideal diode is used at the input to block negative input voltage, connect a Schottky diode from the VIN pin to the VBIAS pin. A bypass capacitor should be tied between this pin and the signal ground pin.

La page 19 indique par ailleurs :

Surge Stopper and Ideal Diode Controllers
The LTC3897 includes input/output protections that are
designed to suppress high voltage surges and limit the
input voltage of the boost controller and ensure normal
operation in high availability power systems. The LTC3897
drives an N-channel MOSFET MSG at the SG pin to limit
the voltage and current to the boost controller during
supply transients or overcurrent events. The LTC3897
also drives a second N-channel MOSFET MDG at the DG
pin as an ideal diode to protect the boost controller from
damage during reverse polarity input conditions, and to
block reverse current flow in the event the input collapses.

Cette diode sert donc à protéger le LTC3897 contre les inversions de polarité. Mettre une zener n'a donc pas de sens ici, et choisir une shottky plutôt qu'une PiN permet de diminuer la chute de tension 'a lètat passant.

[A voir en vidéo sur Futura]

[YAAAASQ]

D'accord merci beaucoup pour votre temps et votre retour

[YAAAASQ]

Bonjour,

J'ai un problème avec une simulation d'un boost converter 12V/48V.
L'image montre bien le courant qui passe par le Mosfet M4, le problème comme vous voyez est la diode intrinséque de mon Mosfet qui conduit en un certain moment suite au temps mort et lorsque je visualise les pertes de ce Mosfet ils sont énormes (ils atteints 80Watt)et j'ai besoin des pertes de ce Mosfet pour prendre une idée sur son comportement thermiquement mais ils sont énormes ,pour améliorer ce point, ca j'ai essayé d'ajouter une diode rapide en parallèle de mon Mosfet mais rien n'a changé donc est ce quelqu'un peut me proposer une solution pour améliorer le courant qui passe par mon Mosfet et donc ameliorer mon rendement?


Merci d'avance.

[YAAAASQ]

J'ai oublié d'attacher les images
losses.PNG
snip.png

[Antoane]

Bonjour,

Pourquoi as-tu gardé les snubbers ?
Tes figures ne montrent pas la diode en parallel du MOSFET. Les diodes rapides ont une tension directe relativement élevée. Il faut ici une diode ayant un Vf inférieur à celui de la diode de body du MOSFET (typiquement une schottky) pour assurer que celle-ci ne conduit pas le courant.

Analyse le courant et les commutations du circuit... quelle(s) diode(s) conduisent ?

> je visualise les pertes de ce Mosfet ils sont énormes (ils atteints 80Watt)
La valeur n'est pas pertinente : il faut regarder l'énergie de commutation E_on et E_off (intégrale de la puissance), ou la puissance moyenne due aux commutations (f_sw* (E_off + E_on ) ).

[YAAAASQ]

J'ai essayé de supprimer les snubbres mais rien n'a changer et concernant l'ajout d'une diode j'ai essayé plusieurs diodes qui sont déjà dans Ltspice mais toujours la même résultat et je pense bien qu'il n'ont pas une tension de seuil qui est bien inférieur à la tension de seuil de la diode intrinsèque de mon Mosfet( 0.5V) et j'ai essayé de chercher un autre model Spice avec une tension de seuil inférieur à cet tension et qui peut aller jusqu'à 30A mais je ne trouves pas.

[Antoane]

> J'ai essayé de supprimer les snubbres mais rien n'a change
S'ils ne servent à rien d'autre que compliquer la simulation et ta compréhension du circuit).... supprime les !

> j'ai essayé de chercher un autre model Spice avec une tension de seuil inférieur à cet tension
Tu peux essayer avec une diode idéale. Pour cela:
- mets une diode (sans sélectionner de réference)
- change manuellement sa valeur/référence en spécifiant D_ideal_yaaaasq comme référence.
- crée le modèle pour la diode D_ideal_yaaaasq en ajoutant une ligne "SPICE Directive": .model D_ideal_yaaaasq D(Ron=5m Vfwd=0) (note le "." au début de la ligne). C'est une diode sans tension de seuil, avec une résistance dynamique de 5 mOhm.

Si cela ne fonctionne pas ou ne suffit pas : upload ton fichier de simulation sur le forum stp.

[YAAAASQ]

Voici le fichier de la simulation, il y a des pics de courants dans les quartes Mosfets même les bottoms Mosfets que leurs diodes intrinséques ne conduisent pas dans le temps mort.

boost.ascboost.asc

[YAAAASQ]

Et lorsque je change les valeurs des capacités C23,C26,C24,C25 en 0.1uF, les formes des courants des Mosfets sont bonnes mais par contre les formes des tension gate source ne sont plus bonnes.

[Antoane]

Quel est le role d'un driver de MOSFET ? Quel est I'impact de la capacité d'entrée d'un MOSFET ? Celle-ci est-elle généralement considérée comme un avantage, ou un élément parasite que l'on souhaite minimiser ?

Extrait la puissance moyenne dissipée par les transistors avec et sans ces capacités superflues:
- affiche la puissance instantanée dissipée par un MOSFET (ALT + clic sur le composant dans le "schematic panel"')
- place toi dans la portion de la simulation en steady-state, pendant un nombre entier de priodes de découpage,
- calcule la puissance moyenne dissipée (CTRL + clic sur l'équation dans le "waveform panel")
Conclusion ?

Ta paramétrisation des diodesn'est pas bonne, il faut qqch comme ca :
Screenshot 2023-07-06 093353.png


Voici le courant dans M3 avec et sans la diode idéale :
Screenshot 2023-07-06 092325.jpg
La pointe de courant lorsque la diode est présent est due aux capacités parasites, ce n'est pas un problème

Note que Le juge de paix est le rendement. Avoir une pointe de courant n'est pas nécessairement un problème si elle n'entraine pas de pertes. on pourrait ajouter la CEM dans léquation, mai c'est une toute autre approche.

[YAAAASQ]

D'accord merci beaucoup pour votre retour, je peux mieux comprendre maintenant.