Comment protéger un IGBT d'une impulsion HF HT?

[Denis69]

Bonjour à tous, je m'appelle Denis, j'essaye modestement de fabriquer un poste à souder par étincelle ionisante, un peu comme un PUK. ( un petit défit personnel )
J'aimerai avoir des conseils sur la meilleure protection à apporter pour l'GBT et le condensateur de stockage de l'énergie :

Concrètement, l'astuce consiste à stocker plus ou moins d'énergie dans une batterie de condensateurs, puis faire craquer l'isolant de l'air entre les 2 électrodes à l'aide d'une impulsion Haute Tension ( 14Kv ) afin d'amorcer une ionisation et
permettre aux condensateurs de se décharger, générant un point de soudage à froid, rapide et puissant.
L'électrode de soudage ne doit pas toucher la pièce (pas de Lift pour amorcer l'étincelle)


- L'impulsion d'amorçage est soit générée par un petit montage simple permettant de créer une impulsion, tel celui ci dessous :

generateur d'implusion Hte tention.jpg

- soit un générateur HF pour TIG que l'on peut trouver sur AliBabaXpress ....

- Le montage, simple, ressemble a celui ci, sans la partie commande, uniquement puissance :
eteincelage.jpg



Sachant que les semiconducteurs risquent fortement de ne pas survivre à l'impulsion HF, un simple filtre passe bas suffit-il a bouchonner l'impulsion et protéger le condensateur et les IGBT de charge et de décharge ? , je n'en suis pas sur ...
Voyez vous une meilleure solution au problème ?

Merci pour l'intérêt que vous porterez à mon petit sujet

Denis.
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[f6bes]

Bjr à toi, Et tu veux souder QUOI avec cet "appareil" ?
Ca ressemble à s'y méprendre à du soudage par points ?
Un mini poste à souder par points ne serait il pas moins compliqué ?
0.33 uF ça ne fait pas une grosse capacité.
Bonne journée

[Antoane]

Bonjour,

L'idée est de créer un arc entre les deux électrodes à l'aide d'une impulsion HT (nécessaire pour claquer l'air), "puis" de délivrer un fort courant, qui lui créra la soudure, en utilisant le chemin faiblement résistif que constitute l'air précédement ionisé. J'ai bon ?
Je ne suis pas sur de comprendre la connection physique entr le générateur HT et le BT. As-tu une troisième électrode (comme dans une lampe flash), ou seulement deux, avec L2 + L3 servant de découplage entre les alimentations ?

> https://forums.futura-sciences.com/a...teincelage.jpg
Les IRFP2907 sont à l'envers
J'imagine que C7 est de faible valeur. Dans ce cas, il manque un schemin de passage pour le courant de charge de C23.

> https://forums.futura-sciences.com/a...te-tention.jpg
Nononon.
Pour ce genre de circuit, il faut une alimentation complètement séparée du secteur, sur piles. Cela pour éviter que la HT puisse se retrouver entre le primaire et le secondaire du transformateur isolant le montage du secteur. En effet, une telle tension fatigue l'isolant, qui peut finir (potentiellement à très court terme) par claquer, reliant ainsi directement le montage au potentiel du secteur.
Il en va de même pour l'alimentation délivrant les 20 V.

Ici, tu travailles avec de la HT, mais tu n'as pas besoin d'un fort courant, puisqu'il faut seulement initier l'arc.

[Antoane]

Re.

Pour répondre à la question : je dirais que ce n'est pas un problème, du fait de la capacité de sortie ainsi que de grille conséquente des MOSFET utilisés, ainsi que du fait que le MOSFET (à la différence de l'IGBT) acceptent de passer en avalanche.

Ceci dit, les tensions considérées sont très au dessus de ce dont j'ai l'habitude, il est très possible que je rate qqch.

Si le driver est capable de délivrer suffisament de courant, les éléments réactifs vont assurer (suivant leurs valeurs) une commutation par zéro courant, ce qui est a priori positif. Un bon cablage reste nécessaire.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Denis69]

Bonsoir à tous.

je vais essayer de répondre à toutes les questions posées :

- le poste s'apparente a un mode de soudure TIG, pulsé, mais avec la spécificité de rester "froide", trés différent de la soudure par point. Le principal avantage est de pouvoir réaliser de très fines soudures, précises, comme en bijouterie, y compris en mélange de métaux, Alu/Acier, Alu/Cuivre..etc . Les courants sont par contre 1/3 plus élevés qu'en Tig Classique de par la ionisation et le flash très court de l'impulsion.

voici un exemple de soudure PUK Lampert illustrant le principe :


- le condensateur C23 constitue la réserve d'énergie, 1.6 Farad. On peut moduler la quantité d'Energie stockée pour contrôler la quantité Q d'energie disponible pour la soudure à réaliser, on peut aussi contrôler la durée de l'impulsion.

- j'ai complété le schéma pour plus de compréhension du fonctionnement, toute la partie puissance est schématisée

- j'ai remplacé la source HF HT par un petit module à pile comme le conseille Antoane; Une tension maxi de 2 ou 3Kv seront suffisant à faire claquer l'isolant de l' air, l'espace contrôlé entre l'électrode + et la pièce a souder est de l'ordre de 1mm.

CI contre le schéma mis a jour




en terme de fonctionnement, je pensai faire comme ceci : Q7 est commandé passant, puis l'impulsion HT claque l'isolant de l'air, ce qui "ferme" le circuit de soudage par ionisation de l'air, le condensateur vide alors sa charge et spot le point de chauffe ionisé et réalise la soudure .

Je reformule mes interrogations
- L'impulsion de claquage étant réduite en tension (3Kv Maxi et plus 14Kv) , y a t-il nécessité de protéger le MOSFET spécifiquement ?
Le condensateur encaisse le pic de Haute tension ? sachant qu'il ne dure vraiment que quelques millisecondes, le temps de l'amorçage....
Le filtre passe bas L3/L4/C4 convient il ou y a t-il lieu de compléter la protection par une série de diodes pour absorber la HF/HV ?
Le simple choix adéquat de Q7 suffit-il en prenant en compte spécifiquement une caractéristique particulière ? ( un Dv/Dt élevé ? )

Bien Cordialement
Denis

[Antoane]

Bonjour,

- L1, L3, et L4 sont traversées par le courant de soudure, ce ne peuvent donc êtres des bobines avec "beaucoup de tours". La méthode de couplage entre le générateur HT et le BT me semble innadéquate. Mieux vaudrait sans doute une connection en parralèlle : la résistance de sortie (éventuellement à ajouter) du module HT empèchera le signal BT de s'y propager, tandis que L2-C4-L4 bloqueront la HT.
- Tant que Q7 n'est pas utilisé pour commuter la soudure, ie qu'il n'est pas commuté en charge, son cablage et circuit de commande n'est pas très critique. Tu peux cependant ajouter une TVS de ~12 V sur sa grille, soudée au plus près (et même une TVS sur la grille de chaqun des 5 transistors en prallèle). Q7 est à l'envers sur le schéma.
-La commande des MOSFETS n'est pas bonne :

• les PMOS dont la source est au Vcharge = +20V doivent être commandés entre Vcharge (OFF) et Vcharge-V_gs,nom ~ 5 V.
• Q7 dont le drain est relié au + du SC, dont le potentiel V_SC+ peut monter jusqu'à +20V doit être commandé entre V_SC+ + V_gs,nom et un potentiel < V_SC+.

- pourquoi utiliser un PMOS pour Q5 ? on préfère généralement les N, moins chers, plus performants et (ici) plus simple à commander.
- comment le courant de charge du SC est-il limité ?
- pour les drivers, j'utiliserais des composants intégrés isolés. A défaut, tu peux utiliser le circuit ci-dessous (la diode pourra être une schottky).

• Lorsque Q1 est passant, la sortie est reliée au zéro à travers Q1 et la diode
• Lorsque Q1 est bloqué, la sortie est reliée au Vcc à travers Q2, alimenté par R1, tandis que la diode est polarisée en inverse.

- j'imagine que le problème sera plus avec les EMI couplées par les capacités et inductances mutuelles parasites, que conduites, d'où la nécessité d'un circuit bien routé et cablé, de bon découplage, etc. Comme souvent en électronique de puissance, et encore plus lorsqu'on travaille ne moyenne tension, le plus critique n'est pas visible sur le schéma.

L'architecture de l'étage de sortie est-elle un circuit de ton cru, ou est-ce le circuit généralement utilisé ? Elle est inhabituelle : couplage avec la HT, circuit de commutation Q7...

[Denis69]

Bonsoir Antoane

Tout d'abord je vous remercie pour l'aide que vous m'apportez

- L1 est une bobine 1/1 spécifique Amorçage TIG HF, elle isole simplement le circuit générateur HF de la puissance. Si elle n'apporte rien et peut être supprimée, en mettant la bobine HF du générateur directement en // entre les électrode , alors je l'enlèverai. : hf2.JPG

Ci dessous une photo de la bestiole :
bobine HF.jpg

- les bobines L3 et L4 sont effectivement des selfs de puissance, bobinées spécialement pour passer de fort courant, il y a de petits logiciels sympa pour calculer les spires et confectionner ces bobines, comme par exemple le logiciel "Coil64" en freeware.

- en ce qui concerne la commande des MosFet, le choix etc ... je n'ai pas plus regardé le schéma que cela , c'est un schéma que j'ai récupéré ici, il est complet et téléchargeable. Celui que j'ai posté est effectivement épuré et incomplet pour se concentrer sur la partie Protection Filtre HT.

- La logique de commande originale est confiée a un Atmel, je la reprendrai sous Pic/Microchip, avec une mesure et contrôle de courant de charge, temps d'impulsion de soudure, limitation de courant.

- mes principales inquiétudes étaient la protection contre la pichenette HF HV, si le filtre passe bas est bien la protection adéquat, il "suffit de le calculer" avec une Fréquence de coupure suffisamment basse pour être tranquille

En tous cas, c'est chouette de partager un sujet, d'avoir des conseils, Vraiment Merciiiiiiiiiiiiii

[Antoane]

Bonjour,

- L1 est une bobine 1/1 spécifique Amorçage TIG HF, elle isole simplement le circuit générateur HF de la puissance. Si elle n'apporte rien et peut être supprimée, en mettant la bobine HF du générateur directement en // entre les électrode , alors je l'enlèverai. : Pièce jointe 488764

Ci dessous une photo de la bestiole :
Pièce jointe 488763

Je ne connais pas, j'imagine que si c'est utiliser sur les "vrais" appareil c'est ok

La logique de commande originale est confiée a un Atmel, je la reprendrai sous Pic/Microchip, avec une mesure et contrôle de courant de charge, temps d'impulsion de soudure, limitation de courant.

Note que couper le courant pendant la soudure constitute une grosse marche vs. laisser le condensateur finir de se décharger, car il faut interrompre le courant de soudure.

mes principales inquiétudes étaient la protection contre la pichenette HF HV, si le filtre passe bas est bien la protection adéquat, il "suffit de le calculer" avec une Fréquence de coupure suffisamment basse pour être tranquille

Filtre + TVS + routage correct devrat faire le travail.