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 possibles : -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 possibles: -Machine outil avec frein d’urgence -MOSFET driver 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 possibles : -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 possibles : -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 des 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 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 + dans les transitions. 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 peuvent causer du "shoot-trough" en augmentant le temps de désamorçage «turn-off time» si elles sont mal choisi. 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 (par rapport au délais d’amorçage). 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, Cette diode conduit lorsque la tension à ces bornes dépasse un certain seuil, supprimant ainsi les pointes de tensions. Contrairement aux zeners elles peuvent absorber un grande quantité d’énergie dans un court laps de temps. 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 passent par un connecteur. Des résistances sont ajoutées pour fournir un signal « OFF » si le connecteur est débranché. Fallait y penser ! f) D11 Elle limite la tension Vgs sous le seuil critique du MOSFET. En général Vgs doit être < 20V pour éviter de claquer les grilles. Elle n’affecte toutefois pas le fonctionnement car elle ne conduisent pas en opération normale. Notez que, le transistor est déjà saturé pour des tensions Vgs > 6V
