Mesure de courant et différentielle low-cost ?

[eSb`]

Bonjour à tous,

Je sais que les membres du forum aiment les applications précises pour mieux répondre aux questions mais ici je me pose une question "générique". Le tout est malgré tout orienté mesures sur SMPS.

Est-il possible de mesurer correctement un courant ou une tension différentielle de manière précise et avec une bande passante acceptable (exemple, une tension VDS d'un Buck switchant en une centaine de ns et à une fréquence de switching de 100kHz) sans payer une fortune (prix d'un oscilloscope d'occasion) pour les sondes ad-hoc ?

Je me doute bien que le prix de ces sondes est justifié (bien que je ne sache pas ce qui les constitue) mais je me demandais comment les amateurs s'en sortaient ?

Admettons que je veuille mesurer (en AC) un simple courant dans une self de sortie de convertisseur (toujours un Buck), comment faire ? Placer un shunt de quelques mohms dans la ligne et mesurer la tension à ses bornes ? Mais comment placer les bornes de la sonde de tension ?
Une mesure mathématique côté oscilloscope (Channel1-Channel2) est toujours possible mais on perd bêtement un canal et je ne sais pas si on obtient toujours de très bonnes performances.

Idem pour la mesure d'un VDS dans un Buck, j'ai déjà mesuré VD-VS avec deux probes ou la tension directement avec un oscilloscope différentiel et le résultat était bien plus net dans le deuxième cas.

Bref, existe-t-il des alternatives via des capteurs peu coûteux (effet hall pour le courant par exemple, petit circuit à placer derrière un shunt, via un amplificateur de mesure, etc.) ou des astuces pour mesurer un courant et une tension différentielle ?

Merci d'avance!
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[louloute/Qc]

Quand on flirte avec les ηs, même avec des probes de course, la mesure est difficile et imprécise. Même si on parvient à lire quelque chose à l’écran, son interprétation n’est pas si évidente.

Les scopes qui vont à de telles vitesses ont en général des entrées 50Ω et on doit bricoler le montage pour adapter la mesure à l’entrée 50Ω du scope.

La technique Ch1-Ch2 est très efficace en basse fréquence; à proscrire en RF où le temps de propagation dans les probes intervient.

Dans le cas d’un Buck; on peut dans une certaine mesure se passer de ‘voir’ ce qu’il se passe et se fier aux mesures d’échauffement du transistor et du rendement du montage.

[bobflux]

> une tension VDS d'un Buck switchant en une centaine de ns

Là, tu n'as pas forcément besoin de mesure différentielle. Pour le MOS du bas, la source est à la masse. Pour celui du haut, rien ne t'empêche de raccorder la masse de l'oscillo au Vcc du montage (attention tout de même) et la sonde sur l'autre bout du MOS...

Pour mesurer un Vds en différentiel le gros problème est que ce qui t'intéresse est le Vds quand le transistor est passant (il vaut par exemple 20 mV), mais il faut que la sonde digère le Vds du transistor bloqué (mettons 30V) sans broncher ni produire des artefacts (à la sortie de la saturation d'un ampli-op par exemple...) et là c'est franchement pas évident.

Pour mesurer un courant dans un shunt, ça dépend du mode commun, si ton shunt est à un endroit où le mode commun est stable (drain du mos du haut, source du mos du bas, entre l'inductance et la capa de sortie) alors ça va.

AD8210
MAX4376
et celui-ci que je n'ai pas essayé : http://search.digikey.com/scripts/Dk...=336-1721-5-ND


http://search.digikey.com/scripts/Dk...=336-1721-5-ND

[Tropique]

Pour les mesures de courants, il y a des solutions simples:
L'une consiste à bobiner soi même un petit transfo de courant sur un tore ferrite.
On peut, avec un minimum de soin et et de précautions, obtenir quelque chose de très valable, comparable en performances aux solutions commerciales.
L'inconvénient majeur, par rapport à ces mêmes solutions, c'est que ce ne sera pas démontable. On perd donc un peu de commodité à l'usage, il faut ouvrir le circuit électrique à chaque fois pour faire passer le conducteur dans le tore.
Mais par contre, cela a malgré tout des avantages: il n'y a pas d'entrefer parasite, et le bobinage peut être totalement homogène.
Une autre possibilité, pour des courants suffisants, est une sonde Rogowksi.
La réalisation pratique est plus délicate pour un amateur, surtout s'il faut que ce soit raisonnablement durable et commode à l'usage. Mais c'est faisable.
Ces techniques ont l'avantage d'avoir une bonne bande passante: pour faire des mesures à moitié valable sur des circuits modernes, une bande de 10MHz est un minimum absolu. Cela élimine pratiquement les sondes à effet Hall.
J'essaierai un jour ou l'autre de décrire la fabrication d'un tel transfo dans la section "projets".

Une sonde différentielle est plus délicate: déjà, rien que faire une sonde asymétrique passive et correctement compensée n'a rien de trivial, et s'il faut passer en différentiel et en actif (l'un implique l'autre), cela devient réellement acrobatique.
Il est probablement plus simple de trouver des moyens créatifs de s'en passer, ce qui est presque toujours possible, contrairement à une sonde de courant.

[A voir en vidéo sur Futura]

[eSb`]

Merci à tous.

Dans le cas d’un Buck; on peut dans une certaine mesure se passer de ‘voir’ ce qu’il se passe et se fier aux mesures d’échauffement du transistor et du rendement du montage.

Etant plutôt dans une phase d'apprentissage, il me paraît intéressant de "voir" plus en détail ce qu'il se passe. Aussi, pour des phénomènes tels que les oscillations parasites aux transitions, je ne vois pas comment dimensionner un snubber correct sans avoir pu observer la fréquence des oscillations; d'où mes questions ; ).

Là, tu n'as pas forcément besoin de mesure différentielle. Pour le MOS du bas, la source est à la masse. Pour celui du haut, rien ne t'empêche de raccorder la masse de l'oscillo au Vcc du montage (attention tout de même) et la sonde sur l'autre bout du MOS...

Pour le MOS (ou la diode) du bas, on est bien d'accord. Par contre pour l'autre, qu'appelles-tu le Vcc du montage ? La tension d'entrée ?

Pour le shunt, merci pour les références de circuit : ). L'idéal serait cependant quelque chose de non-figé (tel que le transformateur de courant proposé par Tropique). Le but serait de pouvoir observer différents endroits d'un circuit et pas forcément d'utiliser le signal dans une régulation (ou autre). Cependant, un montage avec un shunt "sur PCB à part" est peut-être jouable.

L'une consiste à bobiner soi même un petit transfo de courant sur un tore ferrite.

Je vais regarder du côté d'un transformateur de courant. Le fait que ce soit à souder ne me dérange pas (évidemment, c'est pas aussi pratique qu'une pince mais ici, ce n'est pas ce que je recherche).
J'ai vu que K. Billings proposait un design de sonde de courant dans son ouvrage "Switchmode Power Supply Handbook".
Le projet sur la sonde Rogowski m'intéressera certainement : ).

Concernant les mesures différentielles, je pense que je peux oublier l'idée ; ).

[Tropique]

Voici deux exemples de sondes "artisanales", l'une sur tore, et l'autre Rogowski.
A titre illustratif, il y a également la modélisation du circuit équivalent de la sonde Rogowski, suivie de son circuit de conditionnement.
Cela correspond à la sonde montrée sur la photo.

J'essaierai de donner une description de ces projets, au moins pour le transfo d'intensité sur tore.
La sonde Rogowski est plus délicate, elle comprend des matériaux difficiles à sourcer par des amateurs, du teflon, des silicones, du fil guipé, des résines spéciales, etc. C'est loin d'être direct et évident, surtout s'il faut que ce soit réalisable par n'importe qui.

[eSb`]

Merci!

Au niveau de la sonde de courant, c'est un simple transformateur ? Pas de diode ? Je suppose qu'une résistance se cache quelque part aussi : ).

A ce propos, c'est du bobinage maison ? Une sonde de courant c'est de l'ordre de la centaine de spires, non ? Y a un truc ?

[Tropique]

Merci!

Au niveau de la sonde de courant, c'est un simple transformateur ? Pas de diode ? Je suppose qu'une résistance se cache quelque part aussi : ).

A ce propos, c'est du bobinage maison ? Une sonde de courant c'est de l'ordre de la centaine de spires, non ? Y a un truc ?

Il y a juste une résistance de précision; pour le nombre de spires, je ne me souviens pas très bien, j'ai du faire ça il y a plus de vingt ans.