BUCK Converter 6 phases – 100kW – 200kHz
Mitsubishi Electric R&D Centre Europe (MERCE) construit et développe un banc de test pour valider des topologies de convertisseurs et de composants magnétiques innovants. SIREPE est intervenue pour concevoir et réaliser un partie de ce banc de test. L’objectif était d’intégrer un BUCK converter de 100kVA avec 6 phases au banc de test existant. Le client souhaitait également tester les Mosfets SiC pour en évaluer les performances.
Le développement de ce convertisseur s’est fait selon le cahier des charges de MERCE et en respectant les contraintes mécaniques liées au banc de test existant.
Figure 1 : BUCK Converter – 100kW
Le cahier des charges du BUCK converter :
Le cahier des charges du client présentait les points principaux suivants :
-
Minimum
Nominal
Maximum
Puissance (kVA)
—
100
—
Tension d’entrée (VDC)
700
700
750
Courant d’entrée (ADC)
0
75
80
Tension de sortie (VDC)
0
300
350
Courant de sortie (ADC)
0
150
160
Fréquence (kHz)
—
200
—
- Utilisation de Mosfet SiC 1200V
- Le convertisseur est basé sur 6 bras entrelacés
- Un seul système de refroidissement
- Température de fonctionnement : 0°C/+40°C
- Intégrable au banc de test existant
- Les connectiques et les niveaux logiques doivent être adaptés à la carte de commande du client
Conception
La conception (semi-conducteurs, passifs, commande, régulation et communication), la réalisation et la qualification ont été entièrement réalisées par les équipes de SIREPE en lien étroit avec les équipes de notre client dans le but d’assurer un transfert de compétence efficace et l’intégration dans le banc de test.
Le dimensionnement préliminaire a montré que les composants les plus performants pour cette application étaient les Mosfet SiC 1200V.
Le dimensionnement détaillé a montré que l’utilisation d’un module easyPACK comportant un bras (2 Mosfets) était le meilleur choix (performance, refroidissement et facilité de mise en œuvre). Le rendement est maximal avec des composants 8mΩ.
L’évacuation de la chaleur générée par les pertes est assurée par un refroidissement.
Figure 2 : 1 phase du BUCK converter
Le driver est réalisé sur une carte mezzanine. Il intègre plusieurs fonctionnalités dont une protection en désaturation.
Les chaînes de mesures ont été dimensionnées pour s’intégrer à la carte de commande du client.
L’intégration mécanique, les niveaux logiques et le choix des connecteurs a été réalisé en collaboration avec MERCE pour s’adapter au banc de test existant
Le produit
Les performances atteintes remplissent complètement les exigences du client. Les démonstrateurs sont fonctionnels, en accord avec le cahier des charges. Voici les points clés de ce produit :
- Topologie : BUCK converter à 6 phases entrelacées
- Puissance : 100 kVA
- Tension d’entrée DC : 700V
- Tension de sortie DC : 350V
- Fréquence de commutation : 200 kHz
- Refroidissement : Liquide
- Rendement : 97 %
- Volume (1 phase) : 180 x 140 x 15 (mm)
- Technologies : Mosfets SiC 1200V
- Fonctionnalités :
- Mesures des tensions et courants (entrée et sortie)
- Communication via liaison série (RS232)
- Driver protégé (verrouillage complémentaire, désaturation, miller clamp, UVLO)
- Applications : Test et caractérisation de composants magnétiques
