Note d`application

Note d’application Carte puissance pour le moteur brushless de la voiture solaire
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Note d’application
Convertisseur de puissance pour moteur Brushless
Cette note traite les points suivants :
• INTRODUCTION
• DESCRIPTION DU PRODUIT
• PRISE EN MAIN DE DIFFERENTES PARTIES DANS LA CARTE
• L6386 : C HOIX DE LA CAPACITE DE BOOTSTRAP .
• L6386 : C OMMENT GERER LES PICS NEGATIFS AU NIVEAU DE LA PIN « OUT »
( PIN N°12).
• L6386 : A STUCES ET SUGGESTIONS POUR LA CAO .
• L6386 : G ESTION DU « S IGNAL GROUND (PIN 7) » ET « P OWER GROUND (PIN 8)».
• C APTEUR DE COURANT : C HOIX DU FILTRE PASSE BAS
INTRODUCTION
Les machines brushless regroupent l’ensemble des machines synchrones autopilotées associées à
leur commande. Le convertisseur de puissance utilisé dans cette famille de machine joue le rôle du
collecteur utilisé dans les machines à courant continu.
Dans ce cas, on dit que la continuité de courant se fait électroniquement.
Les différents composants utilisés pour développer cette carte sont les suivants :
Tableau 1 : Listes des composants du convertisseur de puissance
Par: EL RHAZZALI Badreddine
GE3/ 2007-2008

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DESCRIPTION DU PRODUIT
Il s’agit d’un convertisseur de puissance pour les moteurs triphasés. A partir d’une alimentation
continue, ce convertisseur permet de générer une tension alternative exploitable pour alimenter les
trois phases du moteur. Afin d’assurer cette fonction, des transistors IGBT, formant un onduleur
triphasé, sont utilisés et ils sont commandés via des drivers de haute tension. L’utilisateur n’aura
qu’à fournir une tension continue à l’entrée ainsi les signaux logiques pour commander les
transistors.
En outre, ce montage peut être utilisé pour les différentes applications se basant sur le contrôle des
moteurs triphasés quel que soit le type de ce dernier.
Il présentera les caractéristiques suivantes :
• Pilotage des moteurs de puissance élevée (600V et un courant allant jusqu’à 75A).
• Adaptable avec les différentes stratégies de commande des moteurs à courant alternatif.
• Limitation du courant de surcharge.
• Protection contre les surintensités.
• Linéarité du courant de retour.
INFORMATIONS GENERALES
PARAMETRES VALEUR COMMENTAIRE
PUISSANCE D'ENTREE
Bus d'alimentation 0-600V Tension continue pour alimenter le pont onduleur
Courant Jusqu'à 75A
Le courant dépendra de la tension d'entrée ainsi que
de la charge
ALIMENTATION AUXILIARE
Vdd_c 0-5V Tension de commande pour alimenter les isolateurs
Vdd_p 0-15V Tension puissance pour alimenter les drivers
LES ENTREES DE CONTRÔLE
Hin1/Lin1/Hin2/Lin2/Hin3/Lin3 0- Vdd_c Niveau CMOS
Entrée Shut Down (SD) 0- Vdd_p Niveau CMOS
CONDITION DE FONCTIONNEMENT
Température ambiante maximale 40°C
CIRCUITS INTEGRES DANS LA CARTE
Drivers de haute tension L6386
IGBTs 2MBI75N-120
Isolateurs ADUM2400
CHAINE DE RETOUR
Capteur de courant à effet hall ACS750XCA-75A Capteur à effet hall [-75A +75A] et alimenté par Vdd_c
Tableau 2 : Les différentes caractéristiques de la carte puissance

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PRECAUTIONS
Cette carte pourra être utilisée pour tout type basé sur le contrôle des moteurs triphasés et quelle que
soit la stratégie de commande adoptée. Il suffit donc de prévoir un temps mort entre la commande
des interrupteurs du même bras dans certaines stratégies afin de ne pas court-circuiter la tension
d’alimentation.
Des précautions doivent être prises pendant que l’utilisateur manipule cette carte en raison de la
haute tension et du fort courant qui peuvent être présentés dans ses différentes parties non isolées.
Eviter le contact humain immédiat avec la carte (même après avoir la déconnecter de son
alimentation, il faut attendre un certain temps).
PRISE EN MAIN DE DIFFERENTES PARTIES DANS LA CARTE
L6386 : CHOIX DE LA DIODE ET DE LA CAPACITE DE BOOTSRAP
Le composant L6386 peut être alimenté par une tension comprise entre 12.5V et 17V. Il utilise la
capacité de bootstrap qui permet de produire une tension flottante susceptible d’alimenter l’étage du
haut de chaque demi-pont utilisé (figure 1) ainsi il intègre une structure de diode de bootstrap.
Figure 1: Utilisation de la capacité de bootstrap et la diode externe ou interne
Si la diode de bootstrap interne du driver est utilisée, la capacité de bootstrap se charge pendant que
l’entrée du bas (Lin) du driver est à l’état haut et le potentiel de la sortie OUT est inférieur à la
tension d’alimentation du circuit. (Figure 1b).

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Cette capacité ne peut se décharger que si l’étage du haut est passant (la capacité représente
l’alimentation de la section haute du driver).
Suite aux résultats des expériences réalisées au laboratoire GE, l’utilisation d’une diode externe
s’avère nécessaire afin que l’étage du haut fonctionne (Figure 1a).
Ceci est expliqué par le point suivant :
• Selon la stratégie de commande adoptée, le temps de chargement de la capacité se révèle
insuffisant. C'est-à-dire que l’entrée Lin ne prend pas le niveau haut, qui permet à la capacité
de se charger via la diode interne, pour une durée suffisante.
Passons maintenant au choix de la valeur de cette capacité: ce raisonnement est valable pour des
montages sans ou avec diode externe.
Le premier paramètre à prendre en compte est la chute de tension maximale à garantir quand le
transistor du haut est passant.
Ce paramètre (dVBoot) dépond de la tension minimale d’entrée (pour le transistor du haut) qu’on
veut maintenir. Si Vgs-min est la valeur minimale, la chute de tension au niveau de la capacité est
donnée par :
∆
∆∆
∆Vboot = Vcc – VF – Vgs_min
Vcc : Alimentation du driver
VF : tension de la diode Bootstrap à l’état passant
La taille de la capacité est donnée par la formule suivante :
Qtot : Charge totale fournie par la capacité. Elle est évaluée en prenant en compte les facteurs
suivants :
I. Qgate : High side switch total gate charge
II. Ilk_gs : High side switch gate-source leakage current
III. Ilk_cap : Bootstrap capacitor leakage current
IV. Iqbs : Bootstrapped section quiescent current
V. Ilk : Bootstrapped section leakage current
VI. Qls :Charge required by the internal level shifter (3nC for all L638x
drivers)

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VII. Ton : High side switch on time
VIII. Ilk_diode: External diode leakage current (si utilisée).
La charge totale fournie pa la capacité de bootstrap sera:
Qtot = Qgate + (Ilk_cap + Ilk_gs + Iqbs + Ilk + Ilk_diode) · Ton + Qls
N.B: Le courant de fuite dans la capacité peut être négligé si on utilise une capacité en céramique.
Si la diode interne est utilisée, Le Dmos Rdson introduit une chute de tension supplémentaire qui
sera moins importante si la fréquence de commutation est moins élevée. En augmentant cette
fréquence, la valeur de cette chute pourra être évaluée comme suit:
Icharge : capacitor charging current.
Rdson : Dmos drain-source typical on resistance.
Tcharge : capacitor charging time (It is the low side turn on time).
Cette chute de tension doit être prise en compte si la valeur maximale de dVboot est calculée.
L’utilisation d’une diode extérieure est envisageable si cette valeur est très élevée ou la topologie du
circuit ne permet pas d’avoir un temps suffisant pour la charger.
L6386 : COMMENT GERER LES PICS NEGATIFS AU NIVEAU DE LA
SORTIE « OUT » DU DRIVER (pin n°12):
A- Test du driver L6386 avant amélioration du circuit de puissance :
Le premier test effectué sur les composants L6386 ont conduit à relever les résultats suivants :