23 novembre 2020

Fabrication d’un Inverter IGBT


/!\ Attention ! ce projet contiendra des condensateurs pouvant rester chargés à 325V, de la haute tension en sortie du transfo (20kV max), et ce projet fonctionnera sur le secteur non isolé. A ne pas reproduire chez soi /!\

Ce billet présente la conception et la fabrication d’un inverter IGBT pour alimenter un transfo ferrite

Qu’est-ce qu’un inverter ?

Un inverter est un montage d’électronique de puissance qui permet de convertir un courant continu (ici le 325V DC) en courant alternatif à l’aide de composants de puissance, eux-mêmes commandés par un circuit de faible puissance, en vue de changer la fréquence, la tension, et d’autres paramètres.

Cet inverter utilisera des Transistors Bipolaires à Grille Isolée (aussi connus sous le sigle IGBT ( https://fr.wikipedia.org/wiki/Transistor_bipolaire_%C3%A0_grille_isol%C3%A9e ) ) en configuration « Full Bridge » pour hacher la forte puissance à une fréquence entre 10 et 50kHz

Comment cet inverter fonctionnera-t-il ?

Le tout premier composant crucial de ce montage est un contrôleur intégré de type TL494 (https://www.ti.com/product/TL494 ) relié en config push-pull pour avoir 2 sorties en opposition. Chaque sortie va ensuite vers leur input respective sur un driver de MOSFET de type UCC27424, où chaque sortie va ensuite sur un couple de MOSFET channel P et N (P en high side et N en low side). Ces 2 couples de MOSFET agissent comme un petit pont complet pour envoyer des impulsions carrées vers un Transformateur d’impulsions, de rapport primaire:secondaires de 1:1:1:1:1 pour commander les gates des 4 IGBT. Le phasing des secondaires est très important pour le bon fonctionnement du montage, car un mauvais phasing peut entraîner la destruction des modules IGBT

le schéma de principe de la partie de commande du montage (incomplet), qui sera sûrement révisé ultérieurement


Les 4 transistors IGBT sont répartis dans 2 modules de référence ( FF200R12KE3HOSA1, 295 A 1200 V ) qui seront reliés en parallèle sur un même bus de 325V DC, qui comprend 2 barres parallèles en alu, avec 2 condensateurs pour les parasites ( 1uF 1200V ) et 1 condensateur de 3300uF

Chaque IGBT est commandé par paires, seuls 2 sont passants en même temps : l’un en high side sur un module et l’autre en low side sur l’autre module sont passants en même temps.

update : l’article n’est pas fini

J’ai reçu les noyaux de ferrite, qui peuvent supporter 10kW à 20kHz

et le fonctionnement de l’inverter sera de type résonance SLR :

[latex]f(res)=\frac{1}{2\pi {\sqrt{L.C}}}[/latex]

et la fréquence de commutation des igbt sera exactement 1/2 de cette fréquence de résonance

les futurs éléments

Il me reste à avoir un noyau de ferrite de type UY-32 ou similaires, une bobine multisection en polyéthylène sans bulles, à commander et assembler le circuit logique,

il me reste aussi à bobiner le transfo HT, à assembler le tout sur un radiateur en alu, etc…

les liens utiles

http://kaizerpowerelectronics.dk/tesla-coils/drsstc-design-guide/ je m’inspire en effet des bobines Tesla pour fabriquer la partie puissance, tout en m’inspirant aussi du driver de flyback utilisant le TL494 : http://kaizerpowerelectronics.dk/high-voltage/tl494-flyback-driver/

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