2.3 Mesure des pertes par commutation
2.3.4 Résultats
Les mesures sont faites par balayage croissant du déphasage, qui commence généralement à
Tφ= 0. Le point de donnée ainsi obtenu correspond en toute logique à un courant circulant nul
entre les deux jambes de pont : pour ce point, la mesure de PDC pourrait d’ailleurs être faite
inductance déconnectée.
Pour les premiers des points balayés ensuite, le temps mort est loin d’être négligeable comparé au déphasage : l’hypothèse d’un courant constant durant Tdeadn’est pas du tout respectée. Ainsi,
jusqu’à atteindre un déphasage de l’ordre de Tφ>4 × Tdead, la deuxième jambe commute avec
3. Notons que ceci repose sur l’hypothèse que le RDS(on) des transistors varie uniquement en fonction de
leur température mais pas du courant (comportement parfaitement ohmique du canal). Cette hypothèse est très largement valide en pratique sur les plages de courant employées.
un courant encore croissant et de valeur moyenne sensiblement inférieure à ˆiL pendant le temps
mort . Les énergies mesurées sur cet intervalle ne sont donc pas fiables.
Chaque balayage est effectué deux fois en échangeant le rôle des deux jambes afin de vérifier que cela n’introduit aucune différence appréciable. C’est pourquoi les courbes expérimentales présentées ci-dessous sont toutes légèrement dédoublées.
Rappelons que, dans ce mode de mesure, les deux commutations de chaque jambe sont supposées parfaitement symétriques, ainsi Esw_h→l= Esw_l→h. On peut donc désigner par Esw
l’énergie perdue indifféremment lors d’un de ces évènements de commutation dans la jambe au complet (Psw = 2 × Esw× fsw pour chaque jambe).
Les résultats présentés ci-après ont été obtenus pour des jambes à base de transistor 100 V EPC2001, caractérisées sur la gamme d’emploi visée de 30 à 50 V. Afin de maximiser la qualité des résultats sur une large gamme de courants, deux valeurs d’inductance différentes ont été employées :
— une inductance multi-tours de L ≈ 5, 5 µH et RDC ≈34, 1 mΩ a été utilisée afin d’obtenir
des mesures valides dès un courant très faible mais limitées à environ 3 A par le déphasage maximal à la fréquence de découpage fsw= 500 kHz (ces mesures n’ont pas été réalisées
pour VDC = 50 V en raison d’une défaillance du montage),
— une courte boucle de L ≈ 250 nH et RDC ≈ 4, 7 mΩ n’assure au contraire pas de me-
sures fiables en-dessous de quelques ampères mais permet d’aller au-delà de 10 A tout en découpant à fsw = 1 MHz. La résistance faible et la fréquence élevée contribuent à
garder Psw à un niveau correct relativement à Pcond, qui augmente mécaniquement avec
le courant.
Les figures 2.3.8(a)-(c) présentent les courbes Esw = f(Isw) des pertes par jambe et par
évènement de commutation pour différentes tensions VDC et temps morts Tdead sur l’intervalle
0 < Isw ≤7 A. Les courbes issues des deux sessions de mesure ne se « raccordent » pas parfai-
tement pour tous les couples VDC/Tdead, potentiellement en raison du cumul de légers écarts à
la fois sur les mesures de Isw et de Esw. Il faut néanmoins garder à l’esprit que cet écart reste
de l’ordre de la centaine de nJ, une énergie faible en termes absolus.
Un maximum de pertes est observé à courant nul, qui augmente sensiblement avec la tension
VDC mais ne varie pas selon Tdead. Le minimum se situe à un courant commuté d’autant plus
faible que Tdead est important.
La valeur constatée des pertes au niveau de ce minimum croit légèrement avec la tension mais reste dans tous les cas inférieure à 200 nJ. On rappelle qu’avec les cartes de développement utilisées pour ces mesures, les pertes parasites engendrées par le recouvrement inverse de la diode de bootstrap du circuit de pilotage sont estimées par son fabricant à Err = 250 nJ pour VDC = 50 V. Cette énergie n’étant dissipée que lors de la transition « état bas → état haut »
de la jambe, elle se traduirait sur la courbe de Esw par une erreur Err2 . Il est donc tout-à-fait
envisageable qu’elle représente l’essentiel des pertes mesurées à proximité du minimum de la courbe.
L’allure des courbes à courants plus élevés, mieux observable sur la figure2.3.8(d), est in- dicatrice d’un problème de validité des mesures sur cette plage. En effet, l’égalité de courbes
0 1 2 3 4 5 6 7 Isw (A) 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 Esw (µ J) Tdead = 10 ns VDC 30 V 40 V 50 V fsw 500 kHz 1000 kHz 0 1 2 3 4 5 6 7 Isw (A) 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 Esw (µ J) Tdead = 20 ns VDC 30 V 40 V 50 V fsw 500 kHz 1000 kHz (a) (b) 0 1 2 3 4 5 6 7 Isw (A) 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 Esw (µ J) Tdead = 30 ns VDC 30 V 40 V 50 V fsw 500 kHz 1000 kHz 4 6 8 10 12 14 Isw (A) 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 Esw (µ J) Tdead = 20 ns VDC 30 V 40 V 50 V fsw 900 kHz 1000 kHz (c) (d)
Figure 2.3.8 – Courbes expérimentales de pertes par commutation pour une jambe de EPC2001 : (a)-(c) mesures composites sur la gamme 0 < Isw ≤7 A ; (d) mesures
à Isw élevé acquises à deux fréquences différentes
d’énergies correspondant aux mêmes conditions de commutation, mais simplement acquises à des fréquences de découpage différentes, constitue un outil de diagnostic fort que la méthode de mesure offre pour sonder la validité des valeurs obtenues. Dans le cas présent, des divergences notables apparaissent entre certaines courbes réalisées à fsw = 900 kHz et fsw= 1 MHz. La diffé-
rence est très prononcée à certaines tensions (notamment VDC = 40 V) et quasiment inexistante
à d’autres (VDC = 50 V, pour lequel les courbes sont presque confondues).
Toutes les sessions de mesures effectuées jusqu’à des valeurs élevées de Iswont résulté en des
allures de courbe comparables. Ceci indique que, malgré les précautions prises pour minimiser ou prendre en compte les sources d’erreur lors de leur évaluation, les pertes mesurées à courant commuté important ne constituent pas des données systématiquement fiables.
A ce niveau, on se heurte manifestement à une limite pratique de la méthode employée, due à la faible valeur des pertes de commutation qu’on cherche à caractériser (quelques µJ par composant tout au plus) qui exacerbe probablement l’influence de phénomènes de pertes plus complexes et d’origine mal identifiée.
Les questions soulevées par cette étude expérimentale ont ainsi entrainé la recherche d’une meilleure compréhension des mécanismes en jeu lors d’une commutation.