Réalisation controleur pour VAE


La partie délicate est la réalisation du pont à cause des trop nombreuses soudures ( Mosfet, plus diodes , protection.. )si on le monte avec des composants discrets, sources de pannes et la section des pistes conductrices, qui ne doivent pas fondre sur un court-circuit.

De la même façon , il ne faut pas sous-dimensionner le pont en tension et en courant . Un moteur de vélo de 250W mécanique, peut absorber en pointe plus de 1,5 kW en 48V et plus de 40 A au démarrage en cote.. Le rendement à très basse vitesse est minable, par contre le couple et le courant sont très élevés.

L’idéal est d’utiliser un circuit « Intelligent Power Management »

Ca résoud les problèmes d’isolement et réduit les risques de court-circuits dans le boitier , comme lorsqu ‘on a un chapelet de mosfet montés sur radiateurs au potentiel, mais simplifie aussi le refroidissement vers l’extérieur du boitier.

http://www.mitsubishichips.com/Global/files/manuals/ipm_l_e.pdf

On trouve des IPM avec 6 Mosfet ou 7 : le dernier étant prévu pour le freinage sur résistance..

IPMpacks

Deux gammes de tension 600 V et 1200 V.

Le premier modèle passe un courant de 50 A .

Le second pas beaucoup plus cher , de 75 A. Coût ~150 €

On trouve également des « connections puissance » à souder , ou des sorties à vis.

Avec des connections à vis on a plus le souci de la dimension des pistes de circuit imprimé… et on utilise des cosses à oeil d’électricien prévues pour du fil 6 mm2 ou plus.

On pourrait monter l’IMP sur circuit, c’est prévu, mais il faut calculer 5A/mm2, et on choisirait un PCB non standard, avec une forte épaisseur de cuivre..

Refroidissement.

La face inférieur de l’ IPM, doit être installée sur un radiateur.

On peut choisir un boitier alu à ailettes qui fera office de radiateur. ( voir le pdf pour les détails et précautions de montage ) .

Exemple :

http://www.conrad.fr/boitier_aluminium_europeen_a_ailettes_de_refroidissement.

Boitier au format européen 165 x110, en trois hauteurs : 55 , 80, 105 mm, équipé de glissière pour recevoir une ou plusieurs plaques de circuit imprimé au format Europe, pour le controleur.

Les dimensions hors tout de notre IPM à vis en 600V 75 A sont de 120 x 67 x31 , selon le datasheet.

http://www.datasheetcatalog.org/datasheets/105/464622_DS.pdf

Il sera donc monté dans le sens de la longueur du boitier.

On choisira un boitier de hauteur 80, qui permettra de mettre au dessus de l’ IPM, la carte controleur, au format europe.

http://parts.digikey.com/1/parts/1638673-mod-ipm-l-series-600v-75a-pm75rla060.html

Je ne suis pas très confiante dans l’étanchéité de ces boitiers ( faces avant et arrière )

On peut également choisir un boitier alu étanche, en fonte d’aluminium, sans ailettes

http://radiospares-fr.rs-online.com/web/search/searchBrowseAction.html?method=browseSubRange&Ne=4294954434&N=4294938606&productNum=2264082

et au besoin coller un radiateur conventionnel à ailettes sur la face où sera fixée l’ IPM

Circuit de commande :

Il faut utiliser un connecteur Hirose, modèle décrit dans le datasheet.

C Ce sont des pins à souder sur un circuit imprimé, sur lequel on peut mettre des optos pour l’isolation entre le pont et les sorties du processeur.

Un exemple de carte pour IPM avec des isolateurs pour les circuits de commande.

Isolateurs DC->DC prévus pour de la haute tension, ils coutent 17€ pièce chez Digikey. Mais on peut le faire avec des isolateurs Opto ( moins cher et pas besoin d’alim intermédiaire ).

On préfèrera des opto individuels, plutot qu ‘un chip vec de multiples optos, pour des questions d’isolement et éviter les risques de court circuits entre pins.

http://www.pwrx.com/pwrx/app/bp7a_application_note.pdf

On pourrait rajouter également sur cette carte pour l’IPM, les mesures de tension des trois phases et la tension de la batterie, qu’il faut adapter en niveau , voire isoler également pour le microproc..

Rajouter le support de quatre transducteurs de courant ( batterie, et trois phases du moteur ). je n’aime pas les sunts, c’est pas isolé , il faut les étalonner. etc etc. et on perd de la puissance pour mesurer des mVolts, insuffisant pour les entrées de mesure analogique du microproc..

Transducteurs a travers lesquels on passe le fil de puissance, pas de modèle ou la puissance est sur circuit imprimé.

Ramener tout ça sur un connecteur à raccorder sur la carte microproc.

On a donc une carte, « commande et mesures  » indépendante et qq soit le microproc installé, cette partie sera invariable.

Mesures de courant :

Des « LEM » à effet hall LA 55-P. Plage de mesure : +- 70 A.

ou des Honeywell CSNA111 ( même caractéristiques et encombrement et prix ~18 € pièce , il en faut quatre. . )

C’est un peu encombrant, 28 mm de haut, et 40x 15 mm sur le circuit imprimé.

Il est peut être, préférable de les monter deux par deux, sur un circuit à part, entre l’IPM et les connecteurs batterie et moteur , puisque les fils de puissance doivent passer au travers..

Autre inconvénient il faut une alim double + et – 12 ou 15V..

Mais c’est parfaitement isolé du circuit de puissance et :

précision = 0,65 % linéarité = 1% et 200 kHz de bande passante.

Pour l’ensemble des mesures, il faut huit canaux analogiques.. …

Les processeurs spécialisés pour la cde moteur tri, dsPIC33FJ16MC304 avec le quadrature encodeur, PWM en ont souvent que six.;

Mais le dsPIC30F6014A en boitier 80 ou 100 pins en a à profusion ( 32 canaux ) , à plus de 1 méga échantillons à la seconde en 10 bits , la moitié en 12 bits..En plus il peut faire quatre conversion d’entrées en simultané.

Sur un moteur qui peut tourner vite, c’est indispensable. Il n’y a pas que la puissance du processeur qui compte, mais aussi celle du convertisseur Analog -> Digital.

Pour le son HD, on échantillonne à 192 KhZ . Ca va donc plus vite.

http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/70287C.pdf

22.1 Key Features
The 10-bit ADC configuration has the following key
features:

• Successive Approximation (SAR) conversion
Conversion speeds of up to 1.1 Msps
Up to 32 analog input pins
• External voltage reference input pins
Simultaneous sampling of up to four analog input
pins

• Automatic Channel Scan mode
• Selectable conversion trigger source
• Selectable Buffer Fill modes
• Four result alignment options (signed/unsigned,
fractional/integer)
• Operation during CPU Sleep and Idle modes

The 12-bit ADC configuration supports all the above
features, except:
• In the 12-bit configuration, conversion speeds of
up to 500 ksps are supported
• There is only 1 sample/hold amplifier in the 12-bit
configuration, so simultaneous sampling of
multiple channels is not supported.
Depending on the particular device pinout, the ADC
can have up to 32 analog input pins, designated AN0
through AN31. In addition, there are two analog input
pins for external voltage reference connections.

http://docs-europe.electrocomponents.com/webdocs/0030/0900766b800304b6.pdf

http://radiospares-fr.rs-online.com/web/search/searchBrowseAction.html?method=getProduct&R=1807357#header

Connecteurs et embases de puissance ( moteur et batterie ).

Il n’ y a rien de mieux que Fischer ( Suisse) , si on veut un connecteur étanche, avec une faible résistance de contact qui perdure avec le nombre de manoeuvres embrochage débrochage < 5 mOhms.

Pour les forts courants il faut prendre dans la famille Core série 105

http://www.fischerconnectors.com/pdf/catalogue/en/Core_Series_Catalogue_v1.pdf

page 4-9-8 :

en deux poles 30 A permanent

en trois poles 26 A permanent

Arg n’oublions pas un super fusible qui a un pouvoir de coupure élevé en continu.

Aucune idée du prix, mais si on veut du matos fiable et adapté à ces puissances et aux conditions d’utilisation en extérieur d’un VAE ( pluie , chocs, vibrations ) .

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