Fabriquer une alim electrique variable 12 volts et 50 Ampères avec des MOSFET

  • Auteur de la discussion Charly 57
  • Date de début
J

jacounet

Compagnon
Salut les p'tits loups.

Vous avez un peu raison sur le fond ...ça pourrait paraître un peu riquiqui des pattes sur l'IRFP4468 , de 2.61 mm x 0.83mm = 2.16 mm carré , pour 180A.
Mais...
Si on s'en tenait à un fonctionnement sécurisé normal de nos lignes 230 Volts dans nos maisons , (on prendrait plutôt 5 A/mm carré )...et selon cette " logique" , le MOSFET IRFP4468 pourraient passer 2.16x5= 10.9 Ampères.
Mais ici en électronique on va souder les pattes du transistor sur son circuit imprimé, au plus près du boitier, soit à 10mm du boitier , donc le conducteur/patte sera "x" fois moins résistant à section égale ...10 mm de long côté Mosfet , 2500 mm en ligne 230V , longueur moyenne entre interupteurs/prises et lignes de distribution .
Donc ça se tient...pas de griefs à faire aux fondeurs là dessus ...à mon avis ...!:smt003


Sur la forme , il faut quand même faire un distinguo entre des fils électriques travaillant dans le foyer d'une maison , sous 230 Volts efficaces sur 2.5m de long en moyenne , chaque paire phase neutre de 1.5 mm carrés ( section éclairage) pouvant véhiculer une puissance de 1.5x5x230= 1700 Watts ( utiles, vrais,moyens) grand maximum pendant des heures ...et nos MOSFET véhiculant 100x180=1800 Watts max en pointe et sur des temps courts et sur des fils 250 fois plus courts, donc 250 fois moins résistants .
On pourrait faire la même remarque sur les fils de liaison entre pattes et wafer des MOSFET , ils font 0.3 mm carrés si je me rappelle sur l'IRFP4468 , mais sur 10 mm de long en interne ...selon les 5A par mm carrés ( sur L=2.5m) , ils pourrait passer 5x0.3=1.5 Ampères si les fils faisaient 2.5 m de long ...mais sur 250 fois plus courts ça fait du 1.5x250=375 Ampères...!!!
On retombe sur la même problématique avec la formule R = Rhô x L/S .

D'ailleurs j'ai décapsulé des MOSFET IRFP4468 cramés et retrouvé leur fils de liaison internes intacts , mais avec le wafer fondu => conclusion , les fils tiennent les 180A pointe , le wafer pas toujours ...
Là on tombe sur un autre problème la caractéristique dI/dt... soit l'accroissement maximum de courant ( donnant des calories) sur un temps donné.
Pour le silicium dopé N et P c'est entre 100 et 200 A/us .
Pour les nouveaux MOSFET au carbure de silicium , on est à 4000 A/us promis ...par les fondeurs , mais composants toujours en qualification à ce jour...sauf évènement récent .

Amicalement.

Jac.
 
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S

serge 91

Lexique
Bonjour,
Oui, c'est logique, pour plein de raisons, d'ailleurs.
Les connections sont courtes et nues, les boîtiers ouvert et/ou ventilés et la norme des installations prend en compte les pertes en ligne (limité à 2%, je crois)
Mais c'est rigolo!
Perso, j'ai "appris" l'électronique en 70 avant de connaitre les normes électriques, donc ça m'a surpris (pas longtemps)
 
J

jacounet

Compagnon
Salut.

J'ai essayé hier une alim réglable 1.5 à 37 Volts ,avec un LM317 "40V in", " 37 V out " et 3A max pilotant un MOSFET 180A .
Moins performante que mon alim à TIP122 , car ne prenant pas la sortie alim en asservissement .
On atteint bien les 100 Ampères en courant de sortie ... mais sous 36 Volts, on perd 1 Volt ...alors que la sortie du LM317 reste à 37 Volts.
Explications : le r DS "on" varie/augmente avec le courant " I ds " , d'où la perte des 1 Volts ( - 2.7%) en pleine charge ...et pas d'asservissement de la tension de sortie .
On pourrait donc faire une alim régulée avec un LM317 HV (60V in , 57 V out ) et 3 MOSFET 100A à 200A en //...avec ou sans pré régul .

Je regarde ça sur mon Isis 7 démo .

A+.

Jac .
 
J

jacounet

Compagnon
Hello les gars .
Bon j'ai testé sous Isis 7 démo , une alim qui va de 13 Volts ( obligatoire pour le four HF) à 33.5 Volts et elle tient 100 Ampères avec 5 MOSFET 180A .
Mais on perd 0.5 Volts , car pas asservie en sortie puissance ...des 5 MOSFET en //.
Avec celle plus complète à TIP122 , je ne lis pas de pertes ( moins de 50 mV) ...sous 10A mpères .
Evidemment si on veut pas transformer la bête en radiateur électrique 2000 Watts 33.5-13 x100= 2050 Watts dissipés pour 3350 Watts en sortie ) , on a intérêt ,... c'est même obligatoire d'utiliser la pré régulation à thyristor =>schéma déjà donné .
Voici donc ce schéma plus simple...5 MOSFET 100/200A , un LM 317 et 6 composants passifs autour , 8 si on met des condos 0.1 uF en entrée et 1 uF en sortie .
En mettant un LM317 HV ( 60 V in=> 56 Volts out ) , on pourra faire une alim. 56 Volts 100 A , avec sans doute 1 Volt de perte de régulation entre alim à vide et en charge sous 100 Ampères . ( j'ai pas de LM317 HV en librairie..,voir sous Isis 8 démo peut-être ).
Bonnes manip à vous

alim 35 volts 100 ampères.jpg
 
M

metalux

Compagnon
bonjour

aucune résistance d'équilibrage sur chaque mosfet ?
 
J

jacounet

Compagnon
bonjour

aucune résistance d'équilibrage sur chaque mosfet ?
Salut Métallux.
Et non pas besoin ...les MOSFET ont leur résistance r DS"on"...et linéaire ( résistance drain source) qui augmente avec le courant I DS ( courant drain source) ...et donc ils s'équilibrent à peu de chose près ( sans doute à moins de 10% , pour des MOSFET de même catégorie ) , surtout ici où on travaille sur de longues durées . ..contrairement aux transistors bipolaires .
A=.

Jac.
 
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P

pierrel26

Ouvrier
La rdson n'a d'interét que pour un usage en commutation ici on fonctionne dans la partie dite de saturation qui est la partie plate de la courbe figure 1 et 2 du datasheet https://xdevs.com/doc/xDevs.com/Neutron/pdf/FB180SA10P.pdf
Ici ce qui compte c'est la tension grille source et ici cette tension a un coefficient de temperature negatif :on voit bien figure 1 tj=25° Vgs=4.5v I=18A figure2 tj=150° vgs=4.5V I=40A on voit bien le risque de déséquilibre et d’emballement thermique.
 
J

jacounet

Compagnon
Salut Pierrel.

Je crois pas qu'on soit dans la partie saturation ( plate) , ...on serait plutôt dans la partie où on peut faire modifier r DS"on" justement pour ajuster la tension de sortie ...on fonctionne comme en mode amplification, enfin à mon avis .
Donc, encore selon mon avis, si on était en saturation , on aurait r DS"on" mini .
De toute façon je sais qu'on met des MOSFET en // en commutation , et aussi en mode linéaire style alim et amplificateur .
Mais il faut impérativement mettre tous les MOSFET sur le même radiateur .
D'autre part le tableau N° 4 monte un r DS"on" qui double entre une température boitier à 20°C et une tempéraure boitier à 150°C...ce qui tendrait à démontrer une stabilisation et non un emballement .
Idem fig 9 on passe 180 A à 25°C , 25 A à 145 °C ,... et plus rien à 150°C , mais à 150°C le silicium risque de se barrer en sucette.
On voit d'ailleurs dans le tableau de la première page , qu'à 20°C on peut passer 180A max , et 120A à 100°C ...certes à Vgs=10Volt

Bien sûr faut pas dépasser les 480 Watts dissipables, par ce MOSFET 180A/100V , au risque de fondre le silicium , ce qui nous oblige à en mettre plusieurs en // , ici 5 .
Mais tel que le montage du schéma du dessus post "65" n'a de sens que si on met une pré régulation à thyristors pour n'avoir que 10V de plus en Vin par rapport à V out .

Je dis pas ça va fonctionner du premier coup , les doigts dans le nez..., je dis faut essayer ...qui ne risque rien n'a rien .

Autre remarque ,en simulation on n'a que des cas parfaits, des MOSFET parfaitement identiques ,pas de problème de dépassement de courant ...donc on peut mesurer les courants I DS de chaque MOSFET mis en //, ils sont tous identiques ...mais pas vrai dans la vraie vie .

Les dernières versions d'Isis 8.2 démo et plus ( on peut pas imprimer ni enregistrer ses schémas=>donc inserviable ) , démarre toujours en simulation graphique , mais plante volontairement et indique que tel composant a dépassé les limites .
Mais ces versions là en lite ou en pro valent le prix d'une bonne fraiseuse 1500 Watts 600 kgs ,chinoise neuve .
Ma version 6 lite m'a coûté moins de 120€ en 2000 ...

Bref je suis là pour aider ...et mets toujours en garde ... je n'ai pas maquetté/testé ce montage en dûr/réel , donc attention .

A+.

Jac .
 
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P

pierrel26

Ouvrier
Sur les mosfet il y a 2 regions :la region ohmique c'est la pente sur les figures 1 et 2 ou le mos peut etre assimillé a une resistance
et la region saturé c'est le plat sur les figure 1 et 2 le courant ne dépend que de la temperature et de la tension entre la grille et la source :attention la dénomination saturé est inversé par rapport au trans bipolaire ce qui prête souvent a confusion .Dans cette zone la resistance interne du mos est très,très grande donc sans importance.Dans la region ohmique la resistance (rdson) augmente avec la temperature;ce qui permet de mètre facilement des mos en parrallele en commutation par contre la region en saturation a un Vgs qui diminue avec la temperature donc impossible a mettre en parallele sans équilibrage du courant soit passif(resistance) soit actif (ampli op).
Dans le schema ci dessus les mos ne peuvent pas travailler dans la region ohmique en effet entre drain et source il y a au minimum la tension Vgs + la tension au borne de du regulateur lm317 c'est a dire au minimum 2.5v +vgs entre 2 et 4 volt suivant le courant qu traverse les mos donc un total de 4.5 à 6.5v minimum.On est forcement dans la zone de saturation lineaire
 
J

jacounet

Compagnon
Salut.
A vérifier , je regarde/lis/mesure cette tension Vgs quand on a 13 Volts en sortie ...qui est la tension mini de cette alimentation.
Je dirais 6 Volts à vue de nez.
A+.
Jacques
 
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J

jacounet

Compagnon
Hello.
Bon en charge avec un seul MOSFET FB180SA10 sous 100Ampères j'ai Vgs=5.55 V pour 30 V en sortie , et Vgs=5.37V pour 11 V en sortie .

Avec 2 MOSFET parfaits en // , j'ai 4.9 V et 4 .87 V dans les mêmes conditions .

Avec 2 MOSFET désiquilibrés par une résistance de 1 milli Ohm en série drain source , j'ai 4.89 V de Vgs et un déséquilibre de 9 à 10.6 % des courants drain source , suivant la tension de sortie 11 V ou 30 Volts .
-idem avec une résistance de 2 milli Ohms,... déséquilibre des courants de 20 à 21.3 %.

Comme on a des MOSFET 180A (480Watts de dissipation) , pour 100A de courant drain/source ...on a mis bretelle et ceinture , si on a mis une prérégulation.

Après si on veut ajuster avec des résistances 1 milli Ohm 100A, , ou 2 milli Ohm 50 A en série dans chaque branche ...mais on n'est pas dans le spatial ou l'aéronautique .:-D

A+.

Jac .
Le r DS "on" de mon MOSFET FB180SA10 sous Spice ( le plus réel en simu) varie de : 6.45 m Ohm sous 50.2 A... à 6.49 m Ohms sous 194 A ... , bien sûr sous 12 V de Vgs.
 
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J

jacounet

Compagnon
Re coucou.
Dans le schéma avec LM317 et MOSFET 180A en // on a un Vgs qui va de 5.5 Volts max à 4.89 V min...donc j'ai fait des mesures avec ces vgs .
Mesures du r ds que je dirais "linéaire" avec un seul MOSFET.
- sous un Vgs de 5.5 Volts = 50A /0.49 V==>9.8 m Ohms.
-............Vgs de 5.5 Volts = 100A/1130mV=>11.3 mOhms.

-sous un Vgs de 4.9 Volts =50A/1.01V==>20.1 m Ohms.
.........................................au dessus de 50A ==> ça devrait chauffer, ou réguler en courant ,... on va vite à l'Ohm.

Mesure du rds dis par moi "linéaire" avec 2 MOSFET en //.
-sous un Vgs de 4.9 Volts , =50.2A/300mV==>
6.37 milli Ohms .
-sous un Vgs de 4.9 Volts, =100A/1.01 V ==>10.1 milli Ohms . ( logique)

Donc disparité ou pas des MOSFET (choisis de même type même fabricant même date de fabrication) , ici on a intérêt à en mettre 2, 3 , 4,voir 5 en //...avec la pré régulation bien sûr.

A+.

Jac .
 
Dernière édition:
J

jacounet

Compagnon
Bonjour à tous .

Un nouveau schéma inspiré de Texas je crois , avec une très bonne régulation ,...au mV près sous 100 A avec 5 MOSFET 180 A en //.

Vu le schéma je pense que ça ressemble à une régulation avec détection du courant amont .Il y-a un N2905 et un TIP 73 , j'ai mis un 142 à la place .
J'ai testé en simulation le montage avec 5 x FB180SA10 , on a un Vds "lin" de 7.27 V sous 107 A ( 21.4A environ par branche) , soit une puissance dissipée de 107x7.27=778 Watts , soit 156 Watts par MOSFET ...ils supportent 480 Watts max ....cela sous 32.7 Volts en sortie .
Vgs est à 4.56 V...les "r ds lin" varient de 0.24 à 0.54 Ohms ...sous 40V in et 32.7 V out/108 A.
Puis j'ai testé le même montage avec 5 MOSFET différents en // ...de façon à simuler des différences de caractéristiques :
-IRF3205S 55 V 110A 200 Watts dissipables max. ==>19.8 A dirigés dans sa branche ++>144 Watts dissipés
-IRF1407 75V/130A 330 Watts. ............................. ==>30.6 A...++>222 Watts.
-IRF1405Z 55 V/150A 230 Watts ...............................==> 13.5 A...++>98 Watts
-FB180SA10 100V/180A 480 Watts...........................==>16.1 A...++>117Watts
-IRF3305 55 V /140A 330 Watts ...........................==>24.9 A...++>180Watts.

On remarque que malgré une grande disparité , qu'on ne pourra pas avoir avec des composants ayant le même PN ( part number) et datacode , aucun n'atteint ses limites de dissipation max . l'IRF3205S est à 72% de son max en puissance dissipée , et l'IRF 1407 est à 67 % ....

Voilà le schéma.
Avantage , très bonne régulation .( baisse de 1 mV sous 106 A en simu.)
On pourra mettre un LM317 HV ( 60 V in , 57 V out ) ...on pourra sortir 52 Volts et 100 Ampères , à condition de mettre 5
alim31.7 v 106a..jpg

MOSFET en // et mettre une pré régulation à 2 thyristors sur transfo à point milieu 2x43 Volts(43v efficacesx1.414=60volts continus redressé filtrés) en charge 100A ...

L'avantage de cette alimentation : simplicité , même avec les 2 thyristors en pré régulation ...rendement de 80% comme une alim à découpage et régulation ( variation de 1 mV sous 106 A ) de 12 Volts à 32 Volts ...possibilité d'avoir une alim 52 Volts /100A avec un LM317 HV.( quelques € par 10 ou 20)...
Inconvénient le poids ( 20à 30 kgs) et trouver le transfo de 3 à 6 kVA suivant l'alim choisie 32 ou 52 Volts .


Rappel : attention à vérifier sur maquette , ne tourne qu'en simulation...!!!


A+
Jac



.
 
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J

jacounet

Compagnon
Coucou.

Ci dessous , une alim régulée classique avec ballast, à 5 MOSFET différents en parallèle , mais dans une gamme pouvant fonctionner pour le montage .
C'est pour montrer ce qu'il ne faut pas faire , mais qui devrait fonctionner quand même .
Leur courant Ids max va de 110 à 180 A,... leur tension Vds va de 55 à 100 V,... et leur pouvoir de dissipation (boitier/wafer sur bon radiateur) va de 200 Watts à480 Watts .
Vous avez déjà les résultats dans le post d'avant.
Voici donc en image.
La précision des afficheurs: plus ou moins1 digit .

A+
Jac.
alim test 32.7 v sous 107 a...jpg
 
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