74HC595 et MOFSET

[droopy71]

Bonjour,

J'ai un projet perso fou : piloter 32 vannes au mètre, donc l'idée est de faire une platine gérant 32 solenoides 12V via 4 puces 74HC595.
Test fait pour piloter des leds ok mais je suis autodicdate et je me plante tous les jours ^^
Voila ma question :

- J'ai en stock 192 IRLB8721 (pourquoi une boulette d'un ancien projet ...) : j'ai testé et je pilote bien ces mofsets avec... (happy)
- Je veux piloter 32 Vannes d'eau (dans le principe d'un mur d'eau animé) alimenté en 12V.. et comme j'ai des Mofsets en stock et que le projet est bénévole ... je recycle...(ou j'essaye)

Idée :
Piloter 4 x 74HC595 pour que chaque sortie Q0-Q7 pilote un Mofset IRLB8721 (permettant de supporter une forte charge..60A d'après le datasheet)... les vannes : je fais un proto avec des mini vannes mais après je délègue la partie hydraulique et donc débrouille toi mais je gère contact ON/OFF (relais c'était une solution mais bon j'ai ces Mofsets en stock...)

Question :
J'ai fait un petit schéma (si j'arrive à mettre en pièce jointe ) le premier jet que j'ai testé 'partiellement' mais par sécurité j'attend de vous des remarques.
Je vais faire google pour chercher : la diode de roue libre ok mais la référence de la diode change en fonction de quoi ? tension/intensité ? (oui novice) : on voit souvant 1N4001 mais pourquoi pas une autre ?
J'ai mis sur mon schéma une led en plus pour visualiser l'état de la sortie : idéalement je voudrais la prendre sur la sortie Mofset mais bon 12V et pas 3.3V donc pas sur ... si je prend le 0V en sortie du mofset quel risque de renvoyer du 12V sur le 3,3V ? stupide non ? en 3.3v on est toujours obligé de mettre une résistance ? I = RU donc même si cela marche sans résistance il est préférable de limité le courant via une résistance ?

Ce que je voudrais éviter dans le montage c'est tout risque que le 12V remonte jusqu'au processeur Wemos D1 Pro ou 74HC595
Dernière question : Si je fais faire un circuit imprimé du montage , comme peut avoir une intensité important via le - du Mofset et que je veux mettre un connecteur à vis 8 poles.. il faut je suppose prévoir une piste la plus large possible ? mini a prévoir ?

Ah une chose : la diode de roue libre : je peux la mettre au niveau du Mofset ou il est préférable de la mettre au plus proche de la bobine (de la vanne) ? (je n'ai pas mis sur le schéma les condos de filtrage type 1uf si j'ai bien compris le rôle)
Pourquoi 1Kohm ? j'en sais rien, pour moi le mofset sature sur une tension et pas sur une intensité donc oui de tout manière j'ai encore besoin d'enrichir ma culture faible soit elle ^^

Vous en remerciant.

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[Antoane]

Bonjour droopy71,

Les IRLB8721 (https://cdn-shop.adafruit.com/datash...rlb8721pbf.pdf) ont besoin d'au moins 4.5V de commande pour bien commuter (cf. la tension Vgs pour laquelle "Static Drain-to-Source On-Resistance" est définie), il n'est donc pas raisonnable d'alimenter le 74HC595 en 3.3V, il lui faut 5V.
Il faut alors vérifier que l'envoi d'un "1" par le µC (alimenté en 3.3 V) sera effectivement lu comme un "1" par le 74HC595 (alimenté en 5 V). Il faut donc vérifier que la tension de sortie du CPU est d'au moins 3.15 V (ligne "High-level input voltage" de la dataheet du 74HC595) à l'état haut (c'est à vérifier mais devrait être le cas).

La diode de roue libre est à câbler entre le "+" de la tension d'alimentation des électro-vannes, au niveau du condensateur de découplage et le drain de chaque transistor. Cette diode doit tenir, au minimum, la tension d'alimentation des électrovannes et leur courant de fonctionnement (en pointe). Ce n'est pas trop demandant et à peu de nombreuses références de diodes conviennent. J'ai tendance à préférer les diodes un minimum rapide, mais ce n'est pas critique dans ton application.

La résistance de grille du mosfet permet de limiter le courant de charge de la capa de grille du MOSFET lors des changements d'état :
- pour protéger le sortie du 74HC595 ;
- limiter la vitesse des commutations et ainsi améliorer la CEM du montage ;
- limiter les oscillations de la tension Vgs.
Dans la mesure où la vitesse de commutation n'est pas critique, son dimensionnement est ici assez quelconque, se placer n'importe où entre 150 Ohm et 1 kOhm devrait convenir. Il n'y a effectivement qu'un courant très négligeable qui circule dans cette résistance en régime établi.
Il faut en revanche ajouter une résistance de pull-down sur la sortie du 74HC595, qui peut se trouver en état haute-impédance, laissant la sortie dans un état indéterminé. se placer entre 10 et 100 kOhm conviendra.

La led témoins peut se câbler en parallèle avec l'électrovanne, entre le +12 V et le drain du mosfet. Il faut toujours une résistance en série avec la led, pour limiter le courant y circulant.

Le routage de la carte sera à soigner un minimum :
- bon découplage du 74HC595 pour pouvoir fournir les pics de courant à chaque commutation de mosfet sans écrouler le 5 V ;
- bon découplage du +12 V, en particulier pour éviter les surtensions (et bruit conduit) aux commutations dues aux inductances parasites d'alim ;
- bonne connexion entre le gnd des alim 5 V et du 12 V, idéalement en un unique point de la carte : le GND du 74HC595 ;
- circuit de commande des MOSFET 'pas trop longs'.

Ton symbole pour le MOSFET est erroné, tu as dessiné un NPN. La diode en parallèle n'as pas lieu d'être (en tout cas dans ce sens).

[droopy71]

Merci pour la réponse, j'en apprend tous les jours ^^ et c'est enrichissant

Je vais essayer de faire un schéma complet avec un logiciel (faut que j'en trouve un adapté)

Pour le Mofset oui c'est chez Adafruit que j'ai acheté en plus les 192 unités.... (a l'origine pour un damier 8 x 8 au sol rétroéclairé par des leds RGB... marchait pas donc j'ai pris autre chose)
Je n'avais pas fait attention à l'histoire du VGS, c'était donné pour un Very low RDS et dans ma tête j'étais resté sur un seuil à 2V.. pourquoi j'en sais rien (me fait vieux)
Donc OK j'alimente le 74HC595 en 5V, la puce qui contrôle c'est un Wemos D1 Pro (programmation style Arduino, dérivé ESP)..
Ta réponse soulève quelques questions malgré tout (du fait de mes faibles connaissances)
J'ai fait un test déjà avec 4 74HC595 et le wemos pour faire un chenillard avec 32 leds en sortie (ok même pas une résistance d'utilisé donc dangereux)

Ta phrase :

La résistance de grille du mosfet permet de limiter le courant de charge de la capa de grille du MOSFET lors des changements d'état :

La résistance de grille ? c'est quoi le grille la porte Gate ?
La capa ? capacité = condensateur ??
La vitesse de commutation peut être importante car je veux pouvoir activer/désactiver rapidement la vanne ... (vitesse dépendant bien sur du temps de réaction de la vanne)

résistance de pull-down

: ok je vais mettre une résistance mais si par exemple je mets la led en sortie du 74HC595 cela peut faire office de pull-down ??

au niveau du condensateur de découplage

je dois prévoir un condo au niveau de la solenoid ? (le proto je vais le faire avec 8 mini vanne 12 V (chinois...))

Je pensais que les condos jouaient un role de filtre mais de découplage ? le condo encaisse donc la perte de la charge ? pour éviter que la tension monte ?
La référence du condo de découplage se définit sur quelle base ? (le pic d'intensité et la tension = farad ?? (un filtre j'ai cru lire que c'était en fonction de la fréquence à filtrer))

Comme indiqué, je vais essayé de faire un schéma/pcb complet d'aprés tes remarques
Le mofset mal dessiné : c'est la flèche ? car sur le datasheet du Mofset c'était plus complexe à dessiner avec l'espèce de diode avec une vague au dessus... (doit faire google pour comprendre la différence dans les symboles ^^)

Encore merci pour tes remarques

[Antoane]

Bonjour,

Donc OK j'alimente le 74HC595 en 5V, la puce qui contrôle c'est un Wemos D1 Pro (programmation style Arduino, dérivé ESP)..

ca : https://wiki.wemos.cc/products:d1:d1_mini_pro ? je n'ai pas trouvé de D1 pro pas mini sur le site.

Gate outre-Manche, grille en France. La résistance de grille est la 1kOhm de ton schéma.
Capa = capacité ~ condensateur. On peut modéliser "l'entrée" d'un mosfet par un condensateur entre grille et source, il faut charger cette capacité pour faire commuter le mosfet.

La vitesse de commutation peut être importante car je veux pouvoir activer/désactiver rapidement la vanne ... (vitesse dépendant bien sur du temps de réaction de la vanne)

Chacun sa définition de rapide... la vanne aura des temps de commutation de l'ordre de 10-100 ms.
Le mosfet, quant à lui, commutera en un temps de l'ordre de Rg*Cg, avec Rg la résistance de grille et Cg la capacité de grille. Avec une Cg d'environ 1.6 nF dans ton cas (c'est proche de la "Input Capacitance") et une Rg de 1k (c'est beaucoup), on peut donc attendre des commutations en quelques µs. C'est très lent pour un mosfet (on pourrait faire 10 à 100 fois mieux), mais reste instantané du point de vue de l'application.

Si je mets la led en sortie du 74HC595 cela peut faire office de pull-down ??

Oui, mais très mauvais. Donc non.
Car une led éteinte est équivalente à une résistance de très, très grande valeur (~ GOhm), c'est donc une mauvaise pull-down, qui va entrainer la présence de potentiels parasites un peu aléatoires (néanmoins inférieurs à la tension de seuil de la led) sur la grille.
Ca pourra convenir si tu es vraiment à 10 résistances près côté budget, mais sinon...

je dois prévoir un condo au niveau de la solenoid ? (le proto je vais le faire avec 8 mini vanne 12 V (chinois...))

Il faut une capacité de découplage entre le +12V et la masse, pas aux bornes de l'électrovanne.
Il faut également une capacité de découplage (100 nF, céramique ou plastique) entre le +5V et la masse, soudée au plus près du 74HC595.

Je pensais que les condos jouaient un role de filtre mais de découplage ? le condo encaisse donc la perte de la charge ? pour éviter que la tension monte ?
La référence du condo de découplage se définit sur quelle base ? (le pic d'intensité et la tension = farad ?? (un filtre j'ai cru lire que c'était en fonction de la fréquence à filtrer))

"Découplage" est une autre manière de dire "filtrage" lorsqu'on n'est pas dans le domaine du traitement du signal mais de la conversion d'énergie, de l'alimentation de circuits.
Un découplage se dimensionne en fonction de divers paramètres, parmi lesquels la fréquence, la tension et le courant de fonctionnement. Combien consomme chaque électrovanne ?



Il existe de multiples variantes des symboles pour les différents types de transistors, mais certains points particuliers se retrouvent d'un schéma à l'autre. En l’occurrence, c'est clairement un NPN que tu as dessiné. Quelques exemples :

source : https://electronics.stackexchange.co...nt-to-and-from
Avec ces symbols, on note que la diode inverse n'est pas représentée.

[A voir en vidéo sur Futura]