AN2

Ecole d’ingénieur Polytech’ de Clermont Ferrand
APPLICATION NOTE
Protocole de test pour la mise en œuvre d'interrupteurs de
puissance dans un onduleur triphasé
Projet Génie Electrique 2008 : Cartes de puissances robustes
et isolées
Clients : Michel James
Tuteur industriel : Gérard Chazelle
Tuteur technique : Christophe Pasquier
Auteur : Fanny Abrahamse
[Application note] [P08B02]
Sommaire
Liste des figures ....................................................................................................................................... 5
Résumé .................................................................................................................................................... 6
Abstract ................................................................................................................................................... 7
Introduction............................................................................................................................................. 8
I.
La carte onduleur ............................................................................................................................ 9
II.
La caractérisation de la carte onduleur ......................................................................................... 11
III.
Les tests et les résultats de la carte onduleur 2008 .................................................................. 13
IV.
Etude des conditions ayant déjà provoqué la destruction de la carte ...................................... 20
1.
La carte onduleur 2007. ............................................................................................................ 20
2.
La carte onduleur 2008 utilisées par les projets Renesas. ........................................................ 20
3.
La carte onduleur 2008 sur laquelle nous avons travaillé ......................................................... 21
Conclusion ............................................................................................................................................. 21
[Application note] [P08B02]
Liste des figures
Figure 1 Schéma général ......................................................................................................................... 9
Figure 2 Schéma électrique d'un onduleur ............................................................................................. 9
Figure 3 Shéma électrique d'un bras de l'onduleur .............................................................................. 10
Figure 4 Signaux en sortie de l'isolateur et du driver ............................................................................ 13
[Application note] [P08B02]
Résumé
Dans le cadre de la formation d’ingénieur en Génie Electrique dispensée à
Polytech’Clermont-Ferrand, les étudiants réalisent un projet industriel. Ce document constitue la
note d’application rédigée par Fanny ABRAHAMSE et correspondant au projet 2008 intitulé « Cartes
de puissance robustes et isolées ».
Le sujet de ce projet a été proposé par Michel James, enseignant à Polytech'Clermont
Ferrand, en réponse à une problématique récurrente dans le département Génie Electrique qui est
celle de la partie puissance dans la commande de moteur. En effet, l'école reçoit souvent des sujets
de projet, de la part des industriels, portant sur la commande de moteur. Ces projets nécessitent
toujours une partie puissance et sa conception est souvent un élément critique qui retarde le travail
des étudiants. Cette année, deux projets proposés par Renesas ont eu besoin de cartes de
puissances : « Development of motor control boards using the Direct Torque Control (DTC) to drive 3
phase AC motors » (2) et « Development of motor control boards using the FOC to drive 3 phase AC
motors » (3). La partie puissance conçue l’a donc été pour satisfaire aux besoins de ces deux projets
en reprenant les cartes qui avaient été réalisées par les équipes des années précédentes.
L’objectif final du projet était la réalisation de quatre cartes qui soient des versions plus
robustes que celles des années précédentes. Ce document décrit les protocoles de tests qui ont été
suivis et qui devront être repris par les équipes suivantes. Il décrit aussi les résultats obtenus et les
interprétations pour que les étudiants puissent comparer la prochaine carte avec la précédente
puisque celle-ci a été détruite.
Mots clefs
Protection des organes de puissance
Endommagement/destruction de composants
Transistors IGBT
Redresseur
Onduleur
Puissance
[Application note] [P08B02]
Abstract
As part of training to become engineers specialized in electrical engineering at
Polytech'Clermont-Ferrand, students realized an industrial project. This document is an application
note written by Fanny ABRAHAMSE and match with the 2008 project called "Robust and galvanically
isolated power cards".
The project's subject was suggested by Michel James, teacher at Polytech'Clermont Ferrand,
in response to a reoccurring problem in the electric engineering department which is that of the
power part of the motor control. Indeed, the school often receives suggestions for projects, from
industrials, concerning the motor control. These projects always require a power part which is often
a critical element which delay the student's work. This year, two projects suggested by Renesas
needed power cards: « Development of motor control boards using the Direct Torque Control (DTC)
to drive 3 phase AC motors » (2) and « Development of motor control boards using the FOC to drive
3 phase AC motors » (3). The power part that was therefore designed to meet these two projects
needs was done so by readapting the cards that had been created by teams from previous years.
The project's final aim was the creation of four cards which would be more robust versions
than those from previous years. This document describes the tests protocol for the inverter card
which should be reused by the next project team. Moreover it describes the results and the
interpretations in order to permit a comparison between the next card and the previous because this
one was destroyed.
Key Words
Protection of power component
Destruction of components
IGBT Transistors
Rectifier
Inverter
Power
[Application note] [P08B02]
Introduction
L’école d’ingénieur Polytech’Clermont-Ferrand, anciennement le CUST, membre du réseau
Polytech possède un département Génie Electrique qui dispense aux élèves ingénieurs une formation
de trois ans couvrant largement le spectre des métiers de l’électricité. En effet, comme d’autres
formations d’ingénieur en Génie Electrique, elle aborde l’électronique numérique, analogique, de
puissance aussi bien que l’automatique, l’électrotechnique ou l’étude des microcontrôleurs et
systèmes sur puces.
Mais l’enseignement du Génie Electrique à Polytech’Clermont-Ferrand possède une
particularité qui consiste en un projet industriel. Ce projet est un travail donné aux étudiants par des
entreprises, des chercheurs enseignants ou des professeurs. Il représente 250 heures dans l’emploi
du temps, réparties sur les deux dernières années d’enseignement. Les étudiants doivent prendre en
main le sujet qui leur aura été donné, d’un point de vue technique mais aussi d’un point de vue
gestion de projet. Ainsi ils doivent gérer la communication avec le client (l’entité qui a proposé le
sujet) grâce à des présentations régulières. Ils proposent des solutions en temps et en coût et
rendent à la fin de leur travail des documents techniques et de communication. Ces documents
rendent compte de l’évolution du projet, des conclusions et des perspectives pour les équipes de
projet qui viendront ensuite.
L’un de ces documents est une note d’application, travail individuel qui doit être rédigé par
l’étudiant sur le point technique qu’il a étudié. Ce document correspond au projet 2008 « Cartes de
puissance robustes et isolées » et décrit les protocoles de tests à effectuer pour caractériser la carte
onduleur. Elle est principalement destinée aux étudiants qui vont nous succéder sur ce projet afin
qu’il ne refasse pas nos erreurs et soit efficace dès le début.
La première partie de ce document rappel la structure de la carte onduleur sur laquelle nous
avons travaillé. La deuxième partie décrit l’objectif des tests et les éléments indispensables à prendre
en compte pour caractériser la carte. La troisième partie décrit le protocole des tests effectués les
résultats. Enfin la dernière partie aborde les cas de destruction de cartes que nous avons constaté et
les tests que nous proposons pour les étudier.
8
[Application note] [P08B02]
I.
La carte onduleur
La carte onduleur fait partie de la chaîne de puissance décrite en figure 1 qui sert à alimenter
un moteur asynchrone triphasé de 3kW.
Figure 1 Schéma général
La partie redresseur et de filtrage permet d’obtenir une tension continue. Cette partie est
composée d'un pont de diode et d'un filtrage capacitif. La tension continue est ensuite transformée
en tension alternative par l’intermédiaire d’un onduleur permettant le fonctionnement du moteur en
mode hyposynchrone et hypersynchrone.
Un onduleur est un dispositif d'électronique de puissance permettant de délivrer des
tensions et des courants alternatifs à partir d'une source d'énergie électrique continue. C'est la
fonction inverse d'un redresseur. L'onduleur est un convertisseur de type continu/alternatif. Celui
que l’on traite est constitué de transistors IGBT et possède la structure de la figure C-5.
Figure 2 Schéma électrique d'un onduleur
L’onduleur est composé de six transistors avec une diode antiparallèle pour chacun. Les
transistors T1 et T1’ comme T2 et T2’ et T3 et T3’ sont complémentaires en théorie c'est-à-dire que
lorsque l’un deux est ouvert l’autre est fermé et inversement. Dans la théorie seulement car les
commutations réelles des interrupteurs de puissance ne sont pas instantanées. La configuration la
plus dangereuse est celle ou les deux transistors sont fermés, car la tension de bus (de l’ordre de
plusieurs centaine de volts) est mise en court circuit. Un courant très important se déverse alors dans
les transistors entraînant leur destruction. C’est donc cette configuration que l’on va éviter. On
ouvrira donc l’un des transistors avant de fermer l’autre. Le temps de sécurité entre l’ouverture de
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[Application note] [P08B02]
l’un et la fermeture de l’autre est appelé « temps mort ». Il doit être parfaitement calibré pour un
fonctionnement optimal de l’onduleur. Le moteur étant un circuit inductif qui n’apprécie pas les
discontinuités de courants, c’est pour cela que chaque transistor possède une diode en anti parallèle.
Pour laisser passer le courant pendant les phases où les deux transistors sont ouverts.
Le circuit de l’onduleur est constitué comme sur la figure C-8, pour chaque bras, du circuit de
commande 0-5v qui arrive sur l’isolateur galvanique (en bleu), puis du driver qui transforme ce signal
en 0-15V (en vert) puis d’un circuit diode-résistance (en jaune) qui permet de ralentir les
commutations et enfin des IGBT (en rouge). Sur ce circuit les temps morts sont gérés de façon logiciel
tandis que sur d’autre le driver sans occupe lui-même. De plus les IGBT contiennent déjà une diode
antiparallèle.
Figure 3 Shéma électrique d'un bras de l'onduleur
10
[Application note] [P08B02]
II.
La caractérisation de la carte onduleur
Les tests décrits ici ont été mis en places pour déceler des causes de dysfonctionnement.
Lorsqu’une carte est détruite, la réparer ou la remplacer prend beaucoup de temps et ce point doit
être pris en compte dans la planification des tests. Les tests les plus susceptibles de détruire la carte
seront fait en dernier. On peut donc classer les tests dans deux catégories :


Les observations dans des conditions de sécurité pour la carte.
Les observations dans des conditions que l’on sait avoir déjà été fatale pour la carte.
Ensuite la carte est caractérisée par deux points : les composants et les pistes. Ces deux critères
limitent la plage d’utilisation du système. Les conditions de tests ne doivent pas sortir de cette plage
car cela conduirait à la destruction de la carte. Si le projet exige que la carte fonctionne au-delà de
cette plage alors la conception doit être reprise. Mais il est inutile de tester les limites du système
(par exemple en surtension et en surintensité) au-delà de ce qui a été prévu que cela entrainerai un
gaspillage.
Avant de commencer les tests, les utilisateurs doivent donc bien connaître les limites du système
et les conditions d’utilisation de celui-ci. En caractérisant, grâce aux documentations des
constructeurs :



Les composants.
Les groupes de composants ou éléments.
La carte dans sa globalité.
Nous ne rappellerons pas ici toute les caractéristiques des composants utilisées étant donné que les
documentations sont comprises dans le classeur.
En revanche, s’il y a un doute la plage théorique de bon fonctionnement, elle peut être confirmées
par expérimentation pour s’assurer que le disfonctionnement ne vient pas d’un composant
défectueux ou mal dimensionné.
Les éléments que l’on observe lors de ces tests sont :



Les signaux (tension, courant).
La température des composants.
Lors de dysfonctionnements, l’aspect des composants qui peuvent se déformer ou l’odeur de
bruler qui peut être un signe de destruction imminente.
Ici on traitera principalement de l’observation des signaux, pour cela on dispose à Polytech’ClermontFerrand, de multimètres, de sondes de courants et d’oscilloscopes avec lesquels on peut faire des
captures d’écran et observer des signaux à très hautes fréquence. Les courants sont aussi souvent
accessibles grâce à des shunts inclus à la carte.
11
[Application note] [P08B02]
Les signaux que l’on observe sur la carte onduleur :









Tension de sortie µc
Tension de sortie isolation galvanique
Tension de sortie du driver (potentiellement le courant qui sort du driver)
Tension Vce des transistors
Courant Ic des transistors (n’était pas accessible sur l’ancienne carte mais devrait l’être
sur la prochaine)
Courants de phase
Mesure des courants de phases par la carte mesure
Tension du bus continu
Courant dans le bus continu
Lorsqu’on observe un signal on doit d’abord savoir ce que l’on cherche à regarder car la fonction
« autoset » de l’oscilloscope n’est pas toujours la meilleure solution pour visualiser ce qui est
intéressant. Ainsi en sachant quel aspect doivent avoir les signaux, on peut évaluer les perturbations
qui nous intéresse. La perturbation est l’écart entre le signal que l’on devrait avoir et celui que l’on
observe. Elle peut être négligeable ou critique mais cela dépend uniquement de la sensibilité du
système. Donc lorsqu’on rencontre une perturbation, la première étape est d’en évaluer la
dangerosité pour le système, et la possibilité qu’elle entraîne un dysfonctionnement. Plus
précisément, peut-elle être à l’origine du dysfonctionnement que l’on cherche à expliquer.
La deuxième étape consiste à caractériser ce signal parasite pour en définir la source.
Les perturbations sont caractérisées par leur aspect : impulsion, oscillation ou composante
continu... La fréquence à laquelle elles apparaissent, leur amplitude maximale, moyenne et la durée
de ces perturbations sont à observer. Ainsi on peut évaluer le niveau d’énergie d’une perturbation ce
qui nous permet d’en évaluer l’influence.
Dans le cadre des tests réalisés sur la carte onduleur, les perturbations étaient de type
oscillations et impulsions, nous avons donc observé respectivement, l’amplitude, la pseudo période
ainsi que le temps d’atténuation et l’amplitude avec la durée de l’impulsion.
Il est aussi important d’identifier les grandeurs du système qui influent sur ce signal, ce qui nous
donnera des indices supplémentaires pour trouver la cause. Nous avons identifié plusieurs variables
pour la carte onduleur :
 tension de bus continu
 temps mort
 fréquence de fonctionnement de l’onduleur
 charge (moteur)
 courants de phase
Au terme de cette caractérisation on doit être capable de définir l’origine de la perturbation
mais si ca ne suffit pas il reste la solution de déconnecter petit à petit des parties du système pour
identifier par élimination l’origine d’une perturbation. Ce peut aussi être un moyen de confirmer une
hypothèse. Si par exemple on soupçonne une alimentation a découpage de polluer le système car on
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[Application note] [P08B02]
retrouve des impulsions à fréquence fixe, on peut soit modifier la fréquence de découpage de
l’alimentation et constater si ca a influé sur la période des perturbations. Ou on peut remplacer
l’alimentation à découpage par une alimentation linéaire.
Un dernier point important à souligner est celui de l’importance des masses. Lors des tests il
faut prendre garde à ne jamais court-circuiter les masses et toujours se référencer à celle qui
correspond au signal que l’on observe. De plus il peut être intéressant d’observer les signaux entre
deux points de masse éloignés de la carte car elle peut aussi véhiculer des perturbations.
Enfin il est très important de noter rigoureusement toute les conditions de tests (ce qui était
connecté, alimenté) et les noms des fichiers dans lesquels on enregistre les relevés. Cette rigueur est
indispensable pour ne pas perdre du temps et des informations. Il faut prendre le temps avant pour
planifier et savoir ce que l’on va faire. Et prendre le temps pendant de noter proprement ce qu’on a
fait et ce qu’on a obtenu.
III.
Les tests et les résultats de la carte onduleur 2008
1. Premiers tests
La démarche d’investigation est la suivante : partir du composant pour arriver au système
complet. Et avoir une progression descendante. C'est-à-dire que l’on va partir des signaux d’entrée
de la carte onduleur et on va contrôler leur évolution, composant après composants. En revanche
nous n’avons pas procédé par étape pour l’assemblage du système. Nous avons tout connecté, puis
nous avons observé. Il vaut mieux assembler une partie et observer avant d’aller plus loin.
D’abord il faut contrôler les signaux qui sortent du microcontrôleur et de l’isolateur galvanique.
La figure 4 montre les relevés que nous avons effectués à ce stade mais qui ne sont pas suffisants.
Les signaux sortant du microcontrôleur sont
normalement identiques à ceux qui sortent
de l’isolateur galvanique. On doit reconnaitre
des créneaux propres -5/+5v (en jaune). Les
signaux sortant du driver doivent aussi être
propres et en 0-15V (en bleu). Mais c’est
souvent en sortie du driver que l’on voit des
perturbations. En effet, ici nous avons mal
regardé et il aurait fallut zoomer plus pour
déceler une anomalie. De plus ici on a
l’image que d’un seul signal mais il y en a 6
complémentaires deux à deux avec un
Figure 4 Signaux en sortie de l'isolateur et du driver
temps mort. Ces temps morts doivent aussi être vérifiés à ce stade.
Les sorties des driver sont aussi les tensions de gâchette des IGBT et c’est la qu’on voit apparaître des
problèmes si l’on regarde au bon endroit. On passe donc à l’observation des IGBT de leurs tensions et
courant. Malheureusement sur la carte que nous avions à notre disposition les courants Ice n’étaient
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[Application note] [P08B02]
pas accessibles nous avons donc observé les courants de phase. La figure 5 montre les signaux
précédents mis en parallèle avec un courant de phase (en rose). Ici l’anomalie est flagrante. On voit
même des perturbations sur les tensions que l’on avait pas vu avant. Mais ce relevé n’est pas encore
assez précis car on a pas fait attention à la relation entre le courant de phase mesuré et les signaux
de commande. On ne sait pas si le courant passe dans l’un des transistors qui est commandé.
Les deux relevés précédents sont donc des exemples de tests qui ne sont pas assez rigoureux et dont
les résultats sont inexploitables même si les grandeurs observées étaient correctes.
Figure 5 Tensions en sortie de l'isolateur et du driver et courant
de phase
Pour observer les tensions des IGBT et les courants de phase il est préférable de se placer sur un bras
comme montrer sur la figure 6. On observe les tensions de gâchette des transistors haut et bas et le
courant de phase correspondant.
Figure 6 Observation des grandeurs d'un bras de l'onduleur
14
[Application note] [P08B02]
Ainsi on observe les signaux de la figure 7
Bleu : tension de gachette du transistor haut.
Vert : tension de gachette du transistor bas.
Rose courant dans une phase.
Sur ce relevé on voit comment le courant
sinusoïdal est crée par les commutations des
transistors. Mais ce courant est bruité et la
tension maximale de la gâchette du transistor
haut(Vgh) semble varier en corrélation avec le
courant. Les figures 8 et 9 montre ce
phénomène de plus près.
Figure 7 Courant de phase et tensions de gâchette
Figure 9 Courant de phase et tensions de gâchette (2)
Figure 8 Courant de phase et tensions de gâchette (3)
Lorsque le courant est positif dans la phase, le seuil de la tension Vgh est de 14V tandis qu’il est,
comme Vgb, de 16V lorsque le courants est négatif.
L’hypothèse était que la capa de bootstrap était mal dimensionnée mais les tests ont démentit cette
hypothèse. La cause de cette différence n’a donc toujours pas été élucidée mais ce n’est pas critique
puisque ce défaut de tension n’est pas dangereux pour le système (le seuil de commutation du
transistor est de 5,75V, donc largement au dessous.
En revanche ce qui est intéressant c’est que le courant est très pollué et que cette pollution survient
au moment des commutations des transistors.
Remarque : Le temps mort n’est pas visible car l’échelle de temps est trop grande mais il est l’écart
entre un front descendant bleu et un front montant vert (ou inversement).
Donc on va se concentrer sur les commutations.
15
[Application note] [P08B02]
2. Observation des instants de commutations
Conditions de test :
MLI à 10k -> demi période de 1200
Temps mort 1µs=24cycle, tension de bus continu : Vbus= 150v
Pas de charge (moteur standard)
Rapport cyclique et vitesse du moteur indifférent
Méthode de mesure :
Mesure des tensions à l’oscilloscope.
Mesure des courants de phase avec une pince LEM avec 1A=1V.
Légende des graphes :
Bleu : tension de gâchette du transistor haut.
Vert : tension de gâchette du transistor bas.
Rose courant dans la phase.
Observations
On observe les signaux à deux moments : fermetures des transistors haut (bleu) et bas
(vert).
A la fermeture du transistor du bas (figure 10 et 11, front montant vert)
Figure 11 Fermeture du transistor bas, courant positif
Figure 10 Fermeture du transistor bas, courant négatif
D’abord on observe bien le temps mort ici. Ensuite les signaux sont très perturbés mais
seulement quand le courant est négatif. La période de pseudo oscillation est de ~60ns ->
16MHz donc ce n’est pas le transistor qui commute (fréquence inaccessible pour le
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[Application note] [P08B02]
transistor). Ces oscillations sont dues au impédances des pistes et des composants qui
créent un circuit LC.
A la fermeture du transistor haut (figure 12 et 13, front montant bleu)
Figure 13 Fermeture du transistor haut, courant positif
Figure 12 Fermeture du transistor haut, courant négatif
Le comportement des perturbations est l’inverse de celui du transistor bas. De plus on peut
voir l’image des perturbations des autres bras (figure 13). Ces perturbations peuvent être
gênantes puisque leur amplitude fait que l’on pourrait avoir des commutations
intempestives. Ensuite on les a caractérisés et elles ne dépendent, en amplitude, que de la
tension du bus continu. Plus la tension de bus est élevée plus les perturbations sont
importantes.
Si on résume dans un graphe, en fonction du courant dans la phase, ces phénomènes (figure
14), il apparait que les perturbations dépendent complètement de l’alternance du courant.
1,5
Thaut non pert
Tbas pert
Vhaut=14v
Vbas= 16v
1
0,5
Phase U
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
5,5
6
6,5
7
7,5
8
8,5
9
9,5
10
10,5
11
11,5
0
-0,5
Thaut perturbé
Tbas non pertur
-1 Vhaut=16v
Vbas= 16v
-1,5
17Figure 14 Evolution des perturbations en fonction du courant de phase
[Application note] [P08B02]
Pour compléter ces observations nous allons observer en plus les tensions de sortie des IGBT
(figures 15 et 16).
Vgh
Vgb
Vs haut
Vs bas
Vgh est en bleu
Vgb est en vert
Vs haut est en rose
Vs bas est en jaune
Figure 16 Perturbations sur fermeture du transistor haut
Figure 15 Pas de perturbation sur l'ouverture du transistor bas
D’abord on constate que les perturbations se retrouvent sur la tension de sortie, elles ont les
mêmes caractéristiques et peuvent atteindre une amplitude de 50V. C’est très gênant pour
le circuit car des commutations de 50v à 16MHz peuvent être très polluantes. Ensuite les
tensions Vs haut et bas sont parfaitement complémentaires ce qui est satisfaisant.
Par contre les tensions de sorties ne sont pas vraiment à l’image des commandes et les fronts varient
suivant i supérieur ou inférieur à zéro. Décomposons ce qui se passe dans un bras pour comprendre.
On a vu précédemment que les perturbations (sur la fermeture du transistor haut) surviennent
lorsque i est positif. Regardons ce cas de figure :
Figure 17 Courant>0, étape 1
18
Figure 19 Courant>0, étape 2
Figure 18 Courant >0, étape 3
[Application note] [P08B02]
Au départ le transistor du bas conduit et celui du haut non (figure 18), le courant dans la phase est
positif. Comme le transistor bas ne laisse passer le courant que dans un sens, le courant passe par la
diode du bas.
On lance la commutation (figure 19): on ouvre le transistor bas, comme ce n’était pas lui qui
conduisait cela n’a pas d’incidence, ce qu’on voit très bien sur les relevés (en rouge sur la figure 16).
Ensuite on ferme le transistor haut (figure 17), c’est la qu’apparaissent les perturbations. En effet on
a une commutation de la diode au transistor ce qui modifie l’impédance du circuit et crée un circuit
LC.
Si le courant dans la phase est négatif, ca se passe différemment :
Figure 20 Courant<0, étape 1, 2 et 3
Au départ le sens du courant lui permet de bien s’échapper à travers le transistor du bas : court
circuit en bas (figure 20, étape 1).
Lorsqu’on ouvre le transistor du bas (figure 20 étape 2), la diode du haut se met à conduire pour
laisser passer le courant, on passe à un circuit ouvert en bas et à un court circuit en haut donc les
tensions ont changé (en rouge sur la figure 15).
Ensuite on ferme le transistor haut (figure 20, étape 3), rien ne se passe puisque le courant ne peut
pas passer dans ce sens dans Thaut, la diode continu à conduire (en bleu sur la figure 15). On n’a pas
d’oscillation.
Les tests nous ont permis d’arriver à ces interprétations qui vont nous permettre d’élaborer des
solutions.
3. Tests final
Une fois que des solutions ont été mises en place, il faut revoir tout les éléments du circuit
précédemment observés pour conclure sur l’influence des modifications apportées. Dans notre cas,
nous avons installé des circuits d’aide à la commutation et observé les mêmes signaux dans les
mêmes conditions (figures 21 et 22). Et on peut conclure que le dispositif a entrainé une diminution
de l’amplitude des oscillations.
L’étape finale est l’assemblage de tout le système et son fonctionnement en condition réelle
pendant une durée assez longue pour contrôler les échauffements (1 à 2 heures).
19
[Application note] [P08B02]
Figure 22 Fermeture du transistor bas avec circuit d'aide à la
commutation
IV.
Figure 21 Fermeture du transistor haut avec circuit d'aide à la
commutation
Etude des conditions ayant déjà provoqué la destruction de la
carte
Trois cartes on été endommagée depuis le début des projets Renesas
1. La carte onduleur 2007.
Les conditions de cette panne sont inconnues car l’enseignant n’était présent lorsque c’est arrivé et
les étudiants n’en ont pas pris note. Les tests que nous avons effectué était destinés à comprendre
ce qui s’était passé sur cette carte.
2. La carte onduleur 2008 utilisées par les projets Renesas.
Cette carte était utilisée avec une carte microcontrôleur, un moteur triphasé 3kw et une
alimentation stabilisée à 150V. Il y a eu 2 destructions similaires, la première :
 Seule la carte microcontrôleur est alimentée. Les étudiants chargent le programme (SVM). La
commande est fixe, c'est-à-dire que les 3 signaux en sortie du microcontrôleur ne varient
pas.

Les étudiants alimentent la carte onduleur (+15-0v)

Les étudiants alimentent le bus continu.
Destruction presque immédiate des 2 transistors d’un bras, des drivers et des opto-coupleurs
correspondants.
Il est important de préciser que sur cette carte le temps mort est géré matériellement par le driver.
Donc même en cas d’erreur de commande, un bras ne devrait pas subir de court-circuit.
La deuxième s’est passée dans les mêmes conditions excepté que le programme était sur un point
d’arrêt au moment de la mise sous tension du bus continu.
20
[Application note] [P08B02]
L’hypothèse est que les signaux en entrée du driver ne sont pas fixes.
Pour étudier ces conditions de dysfonctionnement, les étudiants devront vérifier, avec le
microcontrôleur et la carte onduleur alimenté (sans le bus continu), les niveaux de tension présents
sur :



Les sorties de la carte microcontrôleur.
Les sorties de l’isolateur galvanique.
Les sorties du driver.
Si ces observations ne révèlent pas d’anomalie il faudra connecter le bus continu mais à
tension réduite (20 v) et vérifier si un bras se met en court circuit à un moment. Sinon il
faudra que les étudiants poussent plus loin leurs investigations, au-delà de nos hypothèses.
3. La carte onduleur 2008 sur laquelle nous avons travaillé
Au terme des tests de caractérisation de l’onduleur, et après l’installation des circuits RC (voir
documentation) nous avons fait fonctionner le système dans sa globalité. C'est-à-dire carte
redresseur+ carte onduleur+ moteur. La carte a fonctionné pendant une demi-heure et, soudain, elle
a explosé. Les pistes de masse de l’alimentation 0-15v de la carte onduleur ont été détruites, les six
IGBT et deux drivers aussi.
Ce dysfonctionnement est peut être dû au fait que le moteur ne fonctionnait pas à tension nominale.
En effet, la carte onduleur fournit une tension continue de 330v, et le programme était prévu pour
une tension de bus de 150V. Cela a peut être induit un comportement du moteur inattendu, comme
un fort retour de courant. Il faudrait faire une étude du moteur pour vérifier cette hypothèse. Une
autre hypothèse est celle du « second claquage » car on a constaté, lors de ces tests une élévation de
la température qui n’avait jamais été observée avant.
Conclusion
Ce document a présenté le protocole de test que nous avons appliqué en le commentant de
ce qui est positif, négatif, de ce qui aurait pu être amélioré et de résultats. Ce protocole se veut un
exemple pour les étudiants qui reprendront le projet, ils devront l’améliorer pour arriver à atteindre
les objectifs initiaux. Néanmoins j’espère que notre travail leur sera utile et qu’ils arriveront a trouvé
les causes des dysfonctionnements que nous avons constaté.
21