Contrôleur 10kW sur la base d'un contrôleur sinus 250W

Je crée ce nouveau sujet car il peut potentiellement être assez générique pour créer un contrôleur puissant en réutilisant le circuit logique d'un contrôleur existant/bon marché.

Mon idée est de réutiliser le circuit logique et de pilotage des Mosfet d'un contrôleur KT S06S et de développer un nouveau circuit de puissance compatible de mon Fatbike avec sa batterie 21s (88V pleine charge) et son moteur MXUS 3kW qui accepte 350A de courant de phase.

Compte-tenu de mon expérience de roulage avec ce Fatbike, je pense me contenter de ~200-250A de courant de phase et ~100-120A batterie durant les accélérations (qques secondes au max). Le régime de croisière est plutôt autour de 25-40A et jusqu'à ~80A à vitesse maxi (~85km/h).

Il me faut donc dimensionner tout le circuit de puissance à 100V et fournir les tensions secondaires 15V (pilotage des Mosfets) et 5V (circuit logique et accessoires).
Ce qui va être particulièrement utile, c'est que le circuit du S06S a été décrypté et est disponible sur le web: S06S schematics

Grosso-modo, voici la liste des choses à faire:
- passer les condos en 100V (je vais récupérer ceux de l'Adaptto dont les Mosfet ont grillé)
- passer les Mosfets en 120V (ceux en 100V de l'Adaptto ne tiennent pas sur le long terme)
- utiliser un convertisseur DC/DC pour générer ~20V et le connecter à l'entrée du régulateur LM317 du S06S qui fournit la tension 15V et alimente l'autre régulateur qui fait le 5V.
- leurrer la console S-LCD3 pour qu'elle se croit en 36V (je ne sais pas encore comment le faire... je voudrais dans l'idéal diviser la tension batterie par 2,1 pour 88V corresponde à 42V, soit une batterie 36V pleine charge...)
- déporter toute la partie puissance (shunt, condos, Mosfets) sur une carte dédiée

Pour les MOSFET, je pensais partir sur ce genre de modèle: FDP2D9N12C
- 120V (laisse ~30V de marge par rapport à la tension max de batterie)
- 180A en continu, 400A à 1kHz (1 ms)
- 3 mOhm par MOSFET donc 6 mOhm par phase, reste faible devant les 110 mOhm du bobinage MXUS 3kW
J'ai l'espoir de pouvoir passer 200-250A dans les phases avec seulement 6 Mosfets, considérant que ce régime ne dépassera jamais quelques secondes pour s'établir autour de 40-80A maxi en régime de croisière.

Voici donc l'état de mes réflexions actuelles... N'hésitez pas à apporter vos lumières si vous voyez des pièges, oublis, erreurs ou de possibles simplifications. Smile

Edit: pour la console, je vais bêtement utiliser un ampli-op OPA551 (60V-300mA) utilisé en suiveur avec un montage potentiométrique en entrée pour diviser la tension de batterie par 2,1. Il sera alimenté par un DC-DC converter MP9486 (100V-3.5A) sous 45V.
Je vais repiquer la sortie 45V pour alimenter le circuit logique du S06S. Comme il est dimensionné pour 42V, je ne pense pas que 3V supplémentaires posent un gros problème.

Tous les composants nécessaires sont en commande...
En attendant, je potasse tout ce que je trouve sur le S06S pour ne pas me louper ni perdre de temps lorsque tout le matériel arrivera.

Je vais finalement réutiliser le boîtier de l'Adaptto qui a grillé, ce qui me permet de récupérer le radiateur qui recevra les 18 Mosfet.
Pour leur pilotage, j'espère que le circuit du S06S permettra d'alimenter 3 Mosfet par phase au lieu d'un seul... sans chauffer.

Sur le schéma du S06, la commande du mosfet se fait a travers R10 qu'il faudra logiquement modifier pour augmenter l'intensité (sinon le slew rate va augmenter) a voir en fonction de la capa d'entrée des 3 mosfets par rapport a celui d'origine. Pour le blocage il ne devrait pas y avoir de soucis car il se fait directement via un collecteur commun.

Effectivement, mais je vois aussi qu'ils ont mis une capa 100nF en // de chaque gate de Mosfet (C2 et C4 sur la phase en jaune en photo).
On dirait qu'ils ont mis ces capa pour s'affranchir de la variabilité de la capa d'entrée des Mosfet (autour de 6nF d'origine). Les FDP2D9N12C ont une capa d'entrée entre 8 et 12nF, donc 24-32nF en  montage à 3 Mosfet. Ça commence à devenir plus sensible (+30%).
Pour garder les mêmes temps de commutation, il faudrait donc descendre R3/R10, R25/R27 et R44/R48 de 100 à 60-70 Ohm. C'est bien ça?

Oui, c'est bien l'idée. Je ne suis pas spécialiste cependant, c'est à confirmer.

Les transistors de commutation Q2/Q3 et Q5/Q8 sont des Y1 et Y2 capables de fournir 1500mA. Il doit être possible de descendre les résistances de 100 à 50 Ohm, le courant d'alimentation des Mosfet passera alors de 150 à 300mA.

Le S06S ne possède malheureusement pas de mode "apprentissage" pour détecter automatiquement le bon branchement des phases et des capteurs Hall.
Voici la table de vérité du statut attendu des capteurs Hall (petits fils jaune, vert et bleu) en fonction de l'alimentation des phases (gros fils jaune, vert et bleu). Test réalisé avec un petit moteur Q100 qui tourne parfaitement avec le S06S. Le statut des Hall est relevé avec 6A constant envoyé dans chaque phase, dans les 2 sens.



Il me faut maintenant établir la même table avec le moteur MXUS pour obtenir directement la bonne correspondance des phases et des Hall quand il sera connecté au S06S boosté.

Tu as ici pas mal d'infos sur la commande des mosfets et les précautions à prendre: commande des mosfets

Le dv/dt ne dois pas dépasser une certaine valeur notamment. Comme la tension va augmenter, il faudra peut être adapté la commande pour rester dans la zone de sécurité.

Je vois qu'ils parlent de dv/dt de la tension du drain Vd. Pour limiter les variations de Vd (+Bat), je vais réutiliser les 2x6 condensateurs de mes 2 Adaptto grillés. Ça fera une capa totale de 5600 microF. Ils seront soudés directement aux pattes des Mosfet.

Papat-Le-Bref a écrit:Je vois qu'ils parlent de dv/dt de la tension du drain Vd. Pour limiter les variations de Vd (+Bat), je vais réutiliser les 2x6 condensateurs de mes 2 Adaptto grillés. Ça fera une capa totale de 5600 microF. Ils seront soudés directement aux pattes des Mosfet.

Cela va stabiliser la tension d'alimentation mais ne changera rien aux variations de la tension Vds (je pense que tu en est conscient )

J'avoue être un peu perdu dans ce circuit de commande des Mosfets... quand tu as survolté ton S06S, as-tu vérifié que les composants du circuit de commande restaient dans des tensions acceptables? Je pense notamment à la capa C1 qui se retrouve connectée en inverse avec le + à Vout (+15V) et le - à Vbat+ quand Q1 est commuté... donc +55V chez toi et +86V chez moi...

Edit: erreur de ma part... je suis parti d'un vieux schéma erroné du S06S... le + de C1 est sur Vbst1 qui est "flottant" quand Q1 est commuté.

C'est snickers qui a modifié un S06, perso j'en ai un que je compte installer sur un BBS02B mais il n'aura pas besoin de véritable modification

Pour C1, c'est en effet la capa d'une pompe de charge qui utilise la commande des mosfets pour fabriquer un potentiel flottant mis en série avec le Vbat pour commander le mosfet haut du pont.

Papat-Le-Bref a écrit:J'avoue être un peu perdu dans ce circuit de commande des Mosfets... quand tu as survolté ton S06S, as-tu vérifié que les composants du circuit de commande restaient dans des tensions acceptables?

J'ai augmenté la résistance en série R62 avec l'entrée du régulateur de tension LM317 pour ne pas le mettre en surtension. Avec 86V, il faut probablement passer par un convertisseur ou un regulation à base de transistor.

Pour le booster encore plus, je pense que j'aurrai commencé par reprogrammé le S06S afin de pourvoir reconfigurer les paramètres moteurs.
Il faut toutefois vérifié qu'il n'ont pas trop modifié le S06 avant de lancer la reprogrammation.

J'ai modifié progressivement...tension puis intensité.

Je vais alimenter le LM317 par un dc-dc 100V (MP9486) réglé à 45V. Cette tension servira aussi à l'AO (OPA551) qui va diviser la tension batterie par 2,1 pour leurrer la console en 36V tout en conservant la fonction LVC et le niveau de batterie sur la console S-LCD3.
Avant d'attaquer la modif des Mosfet, je vais relever les temps de commutation et quelques tensions à l'oscillo pour ne pas faire de bêtises...

Papat-Le-Bref a écrit:

J'essaye de déchiffrer le circuit de commande pour bien comprendre son fonctionnement.
Voici ce que j'en déduis pour le moment concernant le pilotage du Mosfet Q1 connecté à +Vbat.

Conditions initiales:
-> +Vbat=42V (origine) ou 88V dans mon cas, Vout=0, Vbst1=0
-> Q1 et tous les transistors Q2, Q3 et Q7 sont bloqués, ainsi que les diodes D1 et D2. C1 est déchargé.

Mise ON du contrôleur:
-> Vout=15V
-> D2 devient passante donc Vbst1=15V (chute de tension de la diode négligée)
-> le pôle - de C1 passe brièvement à 15V mais tous les transistors restent bloqués
-> C1 se charge à 15V via R1 en ~0,5s

Envoi de la commande T1C1:
-> Q7 devient passant ainsi que Q3
-> D1 devient passante et envoie 15V sur R3
-> Q1 voit donc arriver 15V sur la gate alors que la source est à 0V via R1, il devient passant et U passe à +Vbat
-> Le pôle - de C1 passe à +Vbat et R1 dissipe 0,18W sous 42V et 0,77W sous 88V
-> Vbst1 passe donc à 57V ou 103V via C1 qui continue à alimenter la gate de Q1 (pompe). D2 est bloquée.
-> Q7 voit alors 57V ou 103V entre collecteur et émetteur!

Je vois donc déjà 2 points à éclaircir à ce stade: tenue de R1 sous 0,77W et Q7 sous 103V... Q7 est un transistor marqué G1 en format SOT-23. En cherchant sur le WEB, il semblerait que différents transistors soient associés au marquage "G1". Certains acceptent 160V mais d'autres seulement 60V... pas clair!

Ce circuit mérite surement d'être simulé pour bien le comprendre...

Voici le modèle LTspice de la commande du Mosfet connecté à VBAT+:


Les transistors ne sont pas exactement les modèles du circuit réel mais j'ai pris les valeurs les plus approchantes. Ça ne doit pas impacter le comportement global qui fonctionne en commutation (bloqué - saturé).

Et voici le résultat de la simulation avec une alim d'origine à 42V et un pilotage à 1kHz.


On voit bien la surtension à 57V sur Vbst1 et sur Q1 (n005) qui confirme que ce doit être le G1 en 160V et non en 30V.

En tout cas, ça se passe exactement comme je l'imaginais et on a bien la dissipation à 0,16W dans R6 qui passe à 0,7W en 88V, en fait la moitié avec le duty cycle.

La sortie du Mosfet est en n001.

Et la simulation en 88V (21s):


Les pics de tension montent à ~100-105V sur Vbst1 et Q1.

C'est relié à quoi Vbst1?

Snickers a écrit:C'est relié à quoi Vbst1?

Ici:


C'est une pompe de charge qui produit un Vbat + Vout

Oui, et avec une batterie 21s, toute la branche saute à 88V quand M1 commute et la DDP Max de ~105V (88+15) est absorbée par Q7 via R14, le fameux transistor de commande G1 qui m’inquiétait…
Cependant il n’est traversé que par 1,8mA donc 0,2W de dissipation seulement.

Je vois cher Papat que tu vas te faire plaisir avec un nouveau vélo surpuissant de 6400W nominal et 15 kW pic.
Ca risque de décaper^^