Questions relative aux exemples de classe, au texte OSMC motor

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Questions relative aux exemples de classe, au texte OSMC motor control et aux
fiches du HIP 4081
Questions et réponses
1)
Énumérez les diverses configurations de circuit qu’il est possible de créer
pour activez « drive » une charge de puissance, expliquez les avantages et
désavantages de chacune des configurations.
a)
b)
c)
d)
1 Élément de puissance (Transistors ou autres) et 1 source de tension
2 Éléments de puissance et 1 source de tension
2 Éléments de puissance et 2 sources de tension
4 Éléments de puissance et 1 source de tension
a) 1 Élément de puissance (Transistors ou autres) et 1 source de tension
Dans cette configuration, il est possible d’obtenir une tension
variable de 0V à V+.
Le courant ne circule que dans un sens donc pas de
renversement possible.
Cet arrangement convient bien pour attaquer une charge (à
courant continu) tel une lampe d’intensité variable, un
ventilateur ou une pompe à débit variable, etc….
L’élément de puissance peut être conduit en linéaire
(proportionnellement) ou commuté.
Avantages:
- Tension de sortie variable de 0 à V+
- Très simple
- Peut coûteux
Désavantages :
- Impossible de renverser le courant dans la charge.
- Permet seulement de pousser « sourcer » du courant
dans la charge
Applications possible :
-Contrôle de la vitesse d’un ventilateur
-Contrôle de la vitesse d’un convoyeur
-Contrôle de l’intensité lumineuse d’une lampe ou d’une DEL
-Contrôle de la température (puissance) d’un fer à souder
b) 2 Éléments de puissance et 1 source de tension
Ce circuit confère les mêmes avantages qu’en A, à
l’exception qu’il peut sourcer et drainer le courant.
Les éléments de puissance peuvent êtres conduits en linéaire
(proportionnellement) ou commutés.
Avantages :
-Permet de réduire le temps de désamorçage « turn-off time »
d’un charge capacitive.
-Permet de réduire la tension induite « flyback » d’une
charge inductive.
-Permet de freiner un moteur.
Applications possible:
-Perceuse à colonne « press drill »
-Machine outil avec frein d’urgence
c) 2 Éléments de puissance et 2 sources de tension
Avec ce circuit, il est possible de renverser le sens du
courant dans la charge.
Les éléments de puissance peuvent êtres conduits en
linéaire (proportionnellement) ou commutés.
Avantages:
- Tension de sortie variable
- Polarité de sortie réversible
Désavantages :
- Plus de pièces
- Requiert une alimentation supplémentaire
- Plus coûteux qu’en A
Applications possible :
-Véhicules électriques
-Amplificateur audio
-Onduleur (produisant du C.A.)
-Changer la couleur d’une DEL bicolore réversible
c) 4 Éléments de puissance et 1 source de tension
Avec ce circuit, il est également possible de renverser la le
courant dans la charge, à l’aide d’une seule source de
tension.
Les éléments de puissance peuvent êtres conduits en
linéaire (proportionnellement) ou commutés.
Avantages:
- Tension de sortie variable
- Polarité de sortie réversible
- Doublez la tension crête à crête à la sortie
- Une seule alimentation
Désavantages :
- Plus de pièces qu’en A et B
- Plus coûteux qu’en A et B
Applications possible :
-Perceuse à main (réversible et avec frein)
-Fauteuil roulant électrique
-Automobile électrique
-Amplificateur audio
-Tout contrôle réversible à partir d’une application avec une seule batterie ou
accumulateur : Ex : auto, ordinateur portable « laptop »
2) Basé sur le #1, quelle type de sortie possède l’alimentation King du laboratoire ?
La sortie du bloc d’alimentation « King » est une sortie de type série, elle ne peut
que sourcer du courant, comme dans le cas 1A.
3) Pourquoi utilise t'on de MOSFET de type N Channel dans le contrôleur OSMC?
Les MOSFET de type N possèdent une résistance Rds inférieure à leurs
compléments de type P complémentaire.
Étant plus utilisés, ils sont, en général, donc moins dispendieux.
De plus, dans un effort d'optimisation des stocks, la gestion d'un seul type
de transistor s'avère également moins coûteuse.
4) Quelles caractéristiques doivent posséder le "gate drive" des MOSFET ?
Puisque le source du MOSFET devient au même potentiel que l'alimentation, le
"MOSFET gate driver" doit fournir des tensions plus élevées que le rail
d'alimentation (à la grille), ce qui exige l'utilisation d'alimentations secondaire.
Ex: Enroulement additionnel au transformateur principal, SMPS ou "charge
pump".
Également, un bon « Driver » doit offrir un impédance de sortie faible de façon à
sourcer et drainer un courant suffisant à la grille pour charger et décharger le
condensateur parasite Cgs. Bien qu’un courant de quelques pico ampères soit
suffisant pour maintenir un MOSFET polarisé. Le courant est beaucoup plus
important lors de la commutation.
Typiquement les MOSFET drives peuvent fournir jusqu'à 1A et + en dynamique.
5) Pourquoi ajoute t'on des résistances aux grilles des MOSFET ?
Pour limiter le courant et éviter d'endommager le C.I. "driver". Elles peuvent
aussi servir à limiter le bruit EMI et RFI générer par le circuit du fait que le
courant dans les MOSFET croit plus lentement. Permet de réduire le « ground
bounce ». Toutefois, cette résistance doit être relativement faible.
6) Quels sont les désavantages de telles résistances ?
Elles ralentissent le temps de d'amorçage « turn-on » et de désamorçage «turnoff » des MOSFET, résultant en une dissipation de puissance plus grande.
Également elles augmentent le risque de "shoot-trough" en augmentant le temps
de désamorçage «turn-off time» . Voir 13.A
7) Expliquez le phénomène de "shoot-trough" et ses implications.
Le shoot-trough se produit en général lorsque les transistors haut et bas
conduisent temporairement simultanément.
Il arrive, surtout en contrôle haché, que les transistors hauts et bas soient
commutés en alternances. Si, un transistor s'allume avant que l'autre n'ai eu le
temps de complètement s'éteindre, le "shoot-trough" sera observé pendant cette
période.
Ce phénomène augmente la dissipation de transition et peut même détruire les
transistors.
Ceci implique qu’il faut limiter le délais de désamorçage des transistors.
Pour ceci on peut ajouter une diode(en sens inverse) en parallèle avec la
résistance de grille pour limiter le délais (RC) de désamorçage.
Circuit typique :
Il faut maintenir l’impédance du circuit de «drive» très basse, surtout pour
désamorcer le MOSFET.
8) Quelles sont la ( ou les) sources des pointes de surtension et comment peut t’on
s’en prémunir ?
La commutation de charges inductives génère des pointes de tension qui peuvent
détruire les semi-conducteurs. On ajoute normalement des « clamping diodes »
diodes d’écrêtage pour limiter les pointes au dessus et en dessous des alimentions.
Également l’utilisation de « Transient Voltage Supressor », tel les, « Metal Oxide
Varistor », « Transorb », Tube à gaz, etc…
Ces derniers permettent d’absorber de grandes quantités d’énergie en un temps
très court être détruit. L’ajout d’un « snubber » permet également de supprimé les
pointes de surtensions.
9) Pourquoi utilise t’on un régulateur « step-down » sur la carte OSMC ?
Produit la tension d’alimentation du HIP4081 à partir de la tension d’entrée.
Puisque cette dernière peut être très élevée (jusqu'à 50V) un régulateur à
découpage sera beaucoup plus efficace qu’un régulateur linéaire dans ce
cas.
10) Quelle est l’utilité d’un « snubber » ?
Ce dernier aide à supprimer le bruit produit par la commutation de la charge
inductive et les brosses du moteur.
11) Qu’est–ce que le SELV ?
Standard du Underwriter Laboratory” qui signifie “Safety Extra Low Voltage” .
Ce standard défini un circuit ne produisant pas plus de 42,4V de tension pour des
aspects de sécurité.
12) Expliquez le fonctionnement du « boostrap » dans le HIP4081.
Ce circuit permet d’accumuler une charge dans un condensateur lorsque un des
transistors du coté bas est en conduction. Cette charge permet d’aider au
MOSFET Driver à fournir un courant suffisant à la grille du MOSFET ( lors de
l’amorçage du MOSFET du coté haut) pour permettre une conduction rapide.
13) Expliquez l’utilité des composantes suivantes par rapport à la carte OSMC:
a) R15 et D27
Elles servent à réduire le temps de désamorçage des MOSFET en créant un chemin de
basse impédance. Voir #5
b) D1
TVS, Permet le limiter les pointes de tensions
c) C3
Forme un snubber avec R10. Voir explication plus haut.
d) D14
Forme, avec C6 un bootstrap. Voir explication plus haut.
e) R22
Puisque les signaux à l’entrée passe par un connecteur. Des résistance sont ajouté
pour fournir un signal « OFF » si le connecteur est débranché .
Fallait y penser !
f) D11
Elle limite la tension Vgs sous le seuil critique.
En général Vgs doit être <= 20V pour éviter de claquer les grilles.
Elle n’affectent toutefois pas le fonctionnement normal car le transistor est
déjà saturé pour des tensions Vgs > 6V
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