[Abandon du projet]de conversion d'une laguna phase 1

[YOKO]

Tu ne compte pas faire le pcb comme tu l'a router ?

Car tu risque d'avoir de gros problème en pleine charge, tes isolements ne sont pas important.

[nlc]

Pourquoi en pleine charge plus qu'à vide !?
La carte est à peaufiner il reste un peu de boulot, les trous de fixations des busbars, de la carte de commande qui va venir dessus, etc...
Au niveau des isolements, je n'en ai aucun en dessous de 1.4mm, ce qui parait suffisant pour du 144V nominal, peu de risque que ça arque je pense !?

[pdelagrange]

Par curiosité:

1. Comment vas-tu gérer la dissipation thermique avec cet agencement ?
2. Pourquoi des MOSFET plutôt que des BJT ?

[nlc]

1. Comment vas-tu gérer la dissipation thermique avec cet agencement ?

Sur la capture les mosfets sont dessinés verticalement mais en réalité ils seront couchés sous le PCB, et vissés à une semelle en alu de 10mm d'épaisseur et d'environ 25x18cm. Sous 400A en phase de hachage il y aura environ 600/700W à dissiper, donc sous la semelle je mettrai un dissipateur à ailettes assez longues, et probablement un motoventilateur piloté dès que la température dépasse un certain seuil.

2. Pourquoi des MOSFET plutôt que des BJT ?

Les BJT sont pas du tout adaptés pour un tel usage. En 144V on peut encore se permettre de travailler en mosfet, mais au delà il vaut mieux passer en IGBT (un mélange de BJT+mosfet).

[vehiculeselectriques]

Bonjour,

pour une tension de 144V nominale effectivement les Mosfet 200V font très bien l'affaire... vu qu'à 25°c et quelques ampères leur rdson(résistance de grille) est ridicule
MAIS pour 144V ET 400A ET 50°C .... car c'est que dans un variateur de moteur > y'a du courant avec des °C à évacuer et pas qu'un peu

Une fois dans les 150V avec quelques centaines d'ampères à passer les IGBT sont souvent plus intéressants en rendement ...
les MOS ont beaucoup progressés... mais les IGBT aussi...
bref à vérifier dans les docs techniques !

tu fais deux courbes avec la rdson du MOS et le VCEsat de l'IGBT pour 150V et 50-100-200-300-400A par exemple,
amha je ne donne pas cher du MOS 200V passé les 200A ...et peut-être même bien avant suivant le modèle
par contre restera à voir si les temps de commutation de l'IGBT sont acceptables?
mais sauf à avoir un moteur avec une inductance proche de 0 ça devrait être bon...

bon tu verras bien suivant le transistor MOS ou IGBT que tu préfères

une question:
les agni prennent 96V, en série ça nous fait du "200V"
alors pourquoi 144V ? j'ai raté un épisode ?

à+
Phil

[nlc]

Salut Philippe !

Bonjour,

pour une tension de 144V nominale effectivement les Mosfet 200V font très bien l'affaire... vu qu'à 25°c et quelques ampères leur rdson(résistance de grille) est ridicule
MAIS pour 144V ET 400A ET 50°C .... car c'est que dans un variateur de moteur > y'a du courant avec des °C à évacuer et pas qu'un peu

Je pense partir sur des IRFP4668, ils sont donnés pour 8mR typique @81A. Si je monte les 9 mosfets je suis à 400A/9 = 45A par mosfet. Mais d'expérience par rapport à la température et l'astérisque qui indique que cette valeur c'est pour un pulse <=400us et rapport cyclique <=2% (j'ai jamais capté cette idiotie des datasheet IRF, on peut pas comparer les Rdson avec les autres qui le donne pour du continu !!), je double la valeur qu'ils donnent, je pars sur 16mR par mosfet.
Je compte donc 16mR par mosfet, soit 1.78mR pour les 9 mosfets en parallèle, soit une perte en statique (pas de hachage) sous 400A de 400²x1.78e-3 = 285W, ce qui est plutôt raisonnable

Une fois dans les 150V avec quelques centaines d'ampères à passer les IGBT sont souvent plus intéressants en rendement ...
les MOS ont beaucoup progressés... mais les IGBT aussi...
bref à vérifier dans les docs techniques !

Pour du 144V voire un peu plus les mosfets deviennent plus interessant avec les progrès effectués sur les rdson. Les Igbt ont surtout bien progressés en rapidité mais au niveau Vcesat ça baisse plus vraiment, dur dur d'en trouver sous 2V.
Même j'en trouve un qui descend à 1.5V de Vcesat, on est de suite à 400A x 1.5V = 600W de perte statique.

Si on rajoute le hachage comme le mosfet commute généralement plus vite la différence se fait encore plus sentir.

tu fais deux courbes avec la rdson du MOS et le VCEsat de l'IGBT pour 150V et 50-100-200-300-400A par exemple,
amha je ne donne pas cher du MOS 200V passé les 200A ...et peut-être même bien avant suivant le modèle
par contre restera à voir si les temps de commutation de l'IGBT sont acceptables?
mais sauf à avoir un moteur avec une inductance proche de 0 ça devrait être bon...

bon tu verras bien suivant le transistor MOS ou IGBT que tu préfères

C'est sûr que si on se base sur 1 mosfet versus 1 igbt de courant similaire, tu as 100% raison, l'IGBT sera meilleur. Mais dès qu'on commence à paralléliser, le rdson diminue énormément (divisé par 2 si on double le nombre de mosfet), ce qui n'est pas le cas pour le Vcesat d'IGBTs parallélisés, qui va diminuer un peu car le courant dans chaque IGBT sera plus faible, mais qui passera pas sous une certaine valeur plancher.

Du coup dans le cas présent les mosfets gagnent

une question:
les agni prennent 96V, en série ça nous fait du "200V"
alors pourquoi 144V ? j'ai raté un épisode ?

Je veux pas jouer avec le feu, je veux pas monter jusqu'à 96V, car si je me souviens bien ça lui ferait dépasser les 6000rpm. Ou alors faut surveiller les rpm et faire en sorte que le contrôleur régule la tension max moteur pour pas les dépasser

A+

[YOKO]

Pour le 144V cela vas passer, mais pas avec le courant que tu veux lui faire passer ...
De plus, fait le PCB en 100µ et recharge le, cela éviteras qu'il ne s'échauffe de trop.

Pour les iso, je pourrais te les donner jeudi.

[nlc]

J'ai bien réfléchi à cette question car en effet c'est un problème !! Je suis en 4 couches et le courant arrive sur chaque pin des mosfets par 3 couches. 400A/9 = 45A par mosfet, et donc 15A par couche sur chaque pin de mosfet, à vue de pif ça devrait passer je pense. Les vis qui vont verrouiller les busbar sur le cuivre à nu du pcb permettront également de faire des vias de puissance pour renvoyer le courant sur le bottom (qui est strictement identique à la couche top). La 1ere couche interne c'est un plan complet de BAT+ et la 2eme couche interne c'est un plan complet de BAT-.

Les 4 couches dans l'ordre :






Je compte aussi rajouter une chiée de vias pour équilibrer au maximum le courant qui va arriver des busbar (et du bottom par le vis des busbar) avec les couches internes, et en effet demander une épaisseur de cuivre de 70 micron ou plus.

[nlc]

J'ai trouvé des abaques, élévation de température de 20°c (raisonnable) sur une piste de 2.5mm de large sous 6A (en 35um de cuivre). Pour passer 400A il faudrait donc en théorie une piste de largeur 166mm, donc je les ai plus que largement avec les 4 couches, ça devrait le faire.
Il me semble qu'il y a quelques mois j'avais trouvé un design US open source pour un contrôleur DC de 500A, et le design de la partie puissance était du même style, mais sur un pcb double face simplement !! Mais je me souviens par contre que les busbars était très proche des pins des mosfets et des diodes de roue libre, le courant ayant alors très peu de distance à parcourir dans le pcb.

[silenus]

Hello Nlc

Je suis de l'avis de Yoko en ce qui concerne le pcb passe directement en 100µ, sur ma carte je suis en 70µ pour 5A nominal et 12A max (200 Watts nominaux), en quelques minutes le pcb monte à 45°C.
Quels sont les dimensions de ta carte ?

Au niveau des commutateurs, je suis plus Cmos qu'igbt, leur Rdson est plus faible et ils commutent plus rapidement, comme tu le précise en les mettant en parallèle c'est encore mieux ... mais chacun voit midi à sa porte hein

@+
Silenus

[vehiculeselectriques]

je ne sais pas qui t'a dit que les IGBT ne se mettaient pas en parallèle ? mais c'est pas moi !
coté pertes à mon avis ça demande à être contre verifié car je ne crois pas aux données du datasheet de ce mos, je trouve le graphique très étrange et même inexploitable en fait

étudie de près les IGBT de 300V...
Quand je m'y intéressais (tu connais mon avis sur la fabrication d'un contrôleur de forte puissance )
de mémoire chez fairchild il y en avaient dans les nanoseconde en commutation, en dessous des 1,5V typique et même à coefficient de température positif sur le VCEsat à partir d'un certain courant
et je suis certain que les fabricants font bien mieux depuis (ça fait + de 15 ans que j'ai "arrêté" d'étudier l'électronique)

tiens tu ne l'a peut-être jamais vu mais j'ai mis ça
en ligne à une époque, ça pourrait t'intéresser

Pour les moteurs tu fais une erreur en partant sur 144V amha
à 72V chacun la puissance et le couple ne seront pas suffisant et en plus ils ne vivront pas vieux,
bon de toute façon ils ne vivront pas vieux dans ton appli car sur exploités les pauvres
prévois une maousse masse d'alu dans leur fixation et une tout aussi maousse ventilation pour aider.
à+
Phil

[nlc]

Je vois que l'électronique ça intéresse du monde c'est bien !

Hello Nlc

Je suis de l'avis de Yoko en ce qui concerne le pcb passe directement en 100µ, sur ma carte je suis en 70µ pour 5A nominal et 12A max (200 Watts nominaux), en quelques minutes le pcb monte à 45°C.

Sur quelle largeur de piste, ça me parait énorme une élévation de 20°c pour 5A/12A !? La chaleur remonte pas aussi en partie par les pattes de tes composants de puissance ?

Quels sont les dimensions de ta carte ?

206x150mm, du A5 en gros

je ne sais pas qui t'a dit que les IGBT ne se mettaient pas en parallèle ? mais c'est pas moi !

Ah mais j'ai jamais dit que les igbt ne se parallélisaient pas ! J'ai dit que ça n'apporte pas le même effet que sur les mosfets : si on met de côté l'aspect température, sur un mosfet la tension Vds est proportionnelle au courant. Donc pour un courant donné en rajoutant des mosfets on diminue le courant dans chacun d'entre eux, donc la tension déchet Vds, et on diminue les pertes. Un exemple simplifié, pour passer un courant statique de 400A avec des mosfet de 100A, il en faut minimum 4 en parallèle. S'ils ont un rdson de 13mR par exemple, chaque mosfet se prenant 100A, chacun d'entre eux dissipe 13e-3x100x100 = 130W, soit 520W de dissipation totale pour les 4 mosfets.

Si je trouve ça trop élevé, je peux multiplier par exemple le nombre de mosfet par 2, j'en mets 8. Du coup chaque mosfet ne se prend plus que 50A chacun, et chaque mosfet dissipe 13e-3x50x50 = 32.5W, soit 37.5Wx8 = 260W de dissipation totale. En multipliant par 2 le nombre de mosfet on divise donc par 2 la dissipation.

Si on fait la même chose avec des IGBT, avec par exemple le STGE200NB60S (j'ai fais une recherche chez Farnell pour trouver l'igbt avec le plus faible Vcesat existant). C'est un 200A, il en faut donc 2 pour passer 400A. Avec son Vcesat de 1.3V sous 200A, la perte d'un igbt est donc de 1.3V*200A = 260W, soit 520W au total pour les 2 IGBT. Même dissipation qu'avec les 4 mosfets donc. Mais en multipliant par 2 le nombre d'IGBT je n'aurais pas la même baisse de dissipation que pour les mosfets : en passant à 4 igbt, chacun d'entre eux ne passent plus que 100A, mais le Vcesat ne va quasiment pas bouger, il va passer à 1.2V au lieu de 1.3V. Soit une dissipation pour un igbt de 1.2Vx100A = 120W, soit 480W au total pour les 4 igbt (contre 260W avec les 8 mosfets)

Et si je double encore le nombre d'igbt, on arrive à 8, chacun se prend 50A, mais le Vcesat ne bougera quasiment pas. Même si on admet qu'on passe à 1V, ça nous fait une dissipation totale de 50Ax1Vx8 = 400W pour les 8 IGBT (contre 260W avec les 8 mosfets).

C'est ça la différence avec les mosfets, sur les IGBT la tension de déchet ne bouge quasiment pas en fonction du courant qui passe à l'intérieur, alors que sur les mosfet si.

coté pertes à mon avis ça demande à être contre verifié car je ne crois pas aux données du datasheet de ce mos, je trouve le graphique très étrange et même inexploitable en fait

De quel graphique tu parles ?
D'expérience avec les mosfet IRF et leur datasheet où ils caractérisent les rdson non pas en continu mais avec des pulses (ce qui leur permet d'afficher des valeurs impressionnantes mais ne permet pas de comparer avec les autres fabricants ), il faut multiplier la valeur qu'ils donnent par 2, c'est pour ça que dans mes calculs de dissipation hier je prenais 16mR de rdson plutôt que 8 !!

étudie de près les IGBT de 300V...
Quand je m'y intéressais (tu connais mon avis sur la fabrication d'un contrôleur de forte puissance )
de mémoire chez fairchild il y en avaient dans les nanoseconde en commutation, en dessous des 1,5V typique et même à coefficient de température positif sur le VCEsat à partir d'un certain courant
et je suis certain que les fabricants font bien mieux depuis (ça fait + de 15 ans que j'ai "arrêté" d'étudier l'électronique)

Sur les igbt il y aura toujours un plancher vcesat en dessous duquel il est impossible de passer, et j'en trouve pas en dessous de 1.2/1.3V. Et comme les paralléliser ne permet pas de faire baisser la dissipation totale pour un courant donné, pour 150V/200V les mosfets sont encore les meilleurs candidats. (enfin après ça dépend aussi des applications, dans certaines il ne sera pas possible de paralléliser plein de mosfet pour faire baisser la puissance totale dissipée donc l'igbt devient clairement le meilleur candidat !).

tiens tu ne l'a peut-être jamais vu mais j'ai mis ça
en ligne à une époque, ça pourrait t'intéresser

Non j'ai jamais vu je vais aller lire ça tout à l'heure tiens !!

Pour les moteurs tu fais une erreur en partant sur 144V amha
à 72V chacun la puissance et le couple ne seront pas suffisant et en plus ils ne vivront pas vieux,

Quand j'avais fait mes calculs j'avais bien étudié les courbes, sous 72V l'agni 95R tourne à 4800rpm si on lui fait manger 400A. Comme sous 400A la tension batterie va chuter, j'ai considéré une chute de 10V sous 144V donc 5V par agni, il se retrouve plus qu'avec 67V. En extrapolant entre les courbes 60V et 72V sous 400A il va donc tourner aux alentours de 4400rpm.
Ca signifie avec la démultiplication de 0.667 que j'ai mis avant d'entrer dans la boite de vitesse qu'en rapport 5 les agni ne pourront plus absorber les 400A à partir de 111Km/h. J'ai donc moyen d'avoir le couple max des agni jusqu'à 111Km/h, soit une puissance à cette vitesse/couple max de 62ch environ.

C'est évident que sous 96V ca serait mieux car les 400A pourraient passer jusqu'à des rpm plus élevés, et ça soulagerait les agni car pour la même puissance mécanique ils tourneraient plus vite avec moins de couple donc moins de courant, mais je veux pas risquer de dépasser les 6000rpm et éjecter le rotor des agnis sur la lune

bon de toute façon ils ne vivront pas vieux dans ton appli car sur exploités les pauvres
prévois une maousse masse d'alu dans leur fixation et une tout aussi maousse ventilation pour aider.

Je suis d'accord qu'ils sont pas fait pour ça.....
Mais bon j'en avais un qui a jamais servi
D'après les calculs à 110Km/h stabilisés j'ai besoin de 25ch mécaniques, soit 12.5ch par agni soit environ 11kW par agni donc 160A environ. Ils doivent pouvoir les tenir sans problème je pense. Par contre ils vont souffrir dans les phases d'accélération évidemment, mais je compte surveiller de près leur température pour pas les bousiller.

Et je garde aussi la boite de vitesse pour ça, pour les faire toujours travailler avec les RPM les plus élevés possible

Moi j'aurai voulu un moteur AC à induction ou un PMSM de 30kW continu et 60kW crête mais j'ai pas trouvé

[nlc]

J'ai lu ton document Philippe, très intéressant ! Ca résume bien les trucs vicieux auxquels il faut faire attention !

[silenus]

Oui je sais, c'est énorme ! Les pistes prennent la quasi-totalité de la carte, je n'ai pas fait le stack-up de cette carte, car n'est pas comme ça que je l'aurais fait.
Ma carte fait à peu près la moitié de la tienne, j'ai oublié de préciser que la mesure s'est faite dans un boitier, donc fermé sans ventilation.
A l'air libre elle ne chauffe quasiment pas !
En tout cas ce débat sur les igbt vs mos m'intéresse fortement pour un projet futur

@+
Silenus
ps: je suis entrain de lire ton doc vehiculeselectriques ... merci

[nlc]

C'est quoi ta carte, un contrôleur vélo ? Mais les transistors sont dans le boîtier ?