Detection impulsion 0 à 100v DC par microcontroleur + protection

[Antoane]

Pour le shutdown, ça se fait donc grâce à Q3 qui devient passant à partir d'une tension d'alim de 150V.
Car la tension de sortie du pont diviseur (R2 + R3) avoisine les 0.7v (Tension Vbe) pour une tension d'alim d'à peu pret 150v.
Dans ce cas la base de Q1 est à la masse et il ne conduit plus et donc n'a plus rien à dissiper. (juste supporter la tension d'alim qui est à ses bornes, Vce).

Oui.

1)
Par contre une petite question quant à ce Q3, pour être saturé il faut que Vbe soit > 0.7, ce qui est le cas (à peu de chose prêt) à 150V et il faut que Ib = Ic/Betamin.
Mais quand est-il du courant de saturation Ib ? Il est définit par R2 non ?

Par R2 et R3, il vaut

Mais pour calculer le courant de saturation mini, il faut connaitre le courant de collecteur et faire Ibmin = Ic / beta min, si je ne me trompe pas.
Par contre je ne vois pas trop comment calculer ce courant de collecteur

Lorsque Q3 est saturé, R4 a toute la tension d'alim à ses bornes, donc Ic=Valim/R4

2)
Et une autre petite question, un peu plus haut tu me dit que le montage va bien entre "6,5V et 400V."
Qu'est ce qui définit la limite basse (6.5V) ? c'est la résistance R4 qui rend passant Q1 ?
Si je veux descendre un peu cette limite, comment dois-je faire pour calculer R4 ? car comme tout se "mort un peu la queue" dans le schéma je du coup je peine un peu ...

Pour trouver ce qu'il faut modifier, il faut virer tout ce qui ne sert pas dans les conditions étudiées, à savoir R2, R3 et Q3. Bref, prendre le premier schéma.
Et se placer dans les conditions de fonctionnement normal (ou minimal).
Puis étudier chaque composant.

Quel courant doit traverser R6 ? Le courant de base de Q4 (plus un peu si besoin dans le collecteur de Q5 ; mais à vrai dire, lorsque la tension d'alim est minimale, ce courant doit être nul ou quasi-nul).
Quel courant doit passer dans la base de Q5 ?
Quel courant doit passer dans la base de Q4 ?
Tu secoues le tout et R4 = ?

Ceci dit, même en diminuant R4, il y a une autre limite : le régulateur a lui-même besoin d'une certaine tension pour fonctionner : Vbe=R1 plus la tension de seuil de la led + le Vce de Q1. Et plus Vce diminue, plus le gain diminue. On peut sans problème avoir un gain de 200 en amplification @Vce=5V et seulement 20 @Vce=Vce_sat~200mV...

Un détail supplémentaire : la simu est faite avec un2N5050 pour Q1, qui ne tient, en vrai, pas les 400V de la simu... Même avec le NPN idoine, le fonctionnement sera un peu dégradé en haute tension.

-----

[invite4e84e071]

Histoire de ne pas me mélanger, je répond uniquement pour la première partie du message, à savoir le courant de saturation de Q3, je verrai après pour l'histoire de la modif de R4 et donc descendre un peu le seuil.

Donc pour le courant de collecteur Ic, pas très dure en effet, Icq3 = 150 / 47 000 = 0,00319 = 3.19mA
--> Icq3 = 3.19mA (avec un beta de 200, il faut donc un courant Ibq3 min = Ic / Beta = 0.00319 / 200 = 0,00001595 A

Par contre pour celui de base, je trouve des trucs bizarre...
D'apres ta formule:

Ibq3 = ((Valim - Vbe) / R2) - (Vbe / R3)
Ibq3 = ((150 - 0.7) / 220 000) - (0.7 / 1 000)
Ibq3 = -2,1363636363636363636363636363 636e-5 (calculatrice windows)

ou avec la 2eme méthode:
Ibq3 = (Vth - Vbe) / (R2 // R3)

Vth = Valim x (R3 / R2 + R3)
Vth = 150 x (1 000 / 220 000 + 1 000)
Vth = 0,678

R2 // R3 = (R3 x R2) / (R2 + R3)
R2 // R3 = (1 000 * 220 000) / (220 000 + 1 000)
R2 // R3 = 995,475

Ibq3 = (Vth - Vbe) / (R2 // R3)
Ibq3 = (0.678 - 0.7) / 995.475
Ibq3 = -2,2100002511363921745900198397 75e-5 (calculatrice windows)

Je ne me suis pas planté quelquepart là ??

[Antoane]

Tu trouves Ibq3<3, ce qui est impossible, donc, dans les conditions du calcul, Q3 est bloqué.

Les équations que j'ai donnée sont, il me semble, bonnes ; de m^me que tes application numériques.
Mais il y a deux manières de les utiliser :
- Tu cherches la tension de seuil :
1ere approximation : tu cherches quand est-ce que Q3 commence à conduire, c'est à dire quand est-ce que Vth>Vbe, tu en déduis Valim_seuil.
2eme méthode plus précise : tu cherches quand est-ce que Q1 est bloqué, c'est à dire quand est-ce que la tension Vce_q3 < Vbe... Dans ce cas, il faut relier Vce_q3 à Valim et R4, puis en déduire le courant Ic_q3 de seuil puis le courant Ib_q3 de seuil puis Valim_seuil. ya quelques lignes à écrire mais ça reste très faisable. Est-ce que ça a un intérêt ? j'en sais trop rien, il faudrait faire les deux calculs pour savoir, mais je pense que la différence n'est pas très grande car R4 est grande et R2//R3 faible, donc il suffira que Valim dépasse de peu le seuil calculé avec la 1ere méthode pour saturer Q3.

- Tu cherches à t'assurer qu'il y a effectivement une tension de seuil qui fait qu'au delà d'une certaine tension d'alim, Q3 est saturé. En effet, on l'a supposé, mais même si la simu confirme, rien ne prouve que c'est effectivement le cas...


PS : Vth ne veut pas dire "Threshold Voltage", ou tension de seuil, mais "Tension de Thévenin" car {Vth, R2//R3} est le générateur équivalent de Thévenin que voit la base de Q3.
P²S : aux arrondis près, 2,136=2,210.

[invite4e84e071]

Bonjour Antoane,

Je viens d'utiliser ta première méthode donnée précédemment:

J'ai donc déterminé Valimseuil pour que Vth>Vbe, je trouve donc 154,7V:
Vth = Valimseuil x (r3 / r2 + r3)
0.7 = Valimseuil x (1 000 / 221 000)
Valimseuil = 0.7 / (1 000 / 221 000)
Valimseuil = 154.7V

Si je reprend donc ta 1ere formule, avec 200V d'alim histoire d’être un peu au dessus du seuil limite:
Ibq3 = ((Valim - Vbe) / R2) - (Vbe / R3)
Ibq3 = ((200 - 0.7) / 220 000) - (0.7 / 1 000)
Ibq3 = 0.0002059A

Et si on part avec un beta de 200:
Icq3 = 200V / 47 000 = 0.00425A

Ibq3mini = Icq3 / beta = 0.00425 / 200
Ibq3mini = 0.00002127A

On est donc bon ... car Ibq3 > Ibq3mini (0.0002059A > 0.00002127A)

- - - - - -

Maintenant reste à trouver le seuil "exact":
J'ai tout simplement pris une feuille excel et j'ai progressivement changer la tension d'alim:

A partir de 159V, Q3 commence a saturer.
Icq3 = 0.00338A
Ibq3min= 0.0000169A
Ibq3= 0.0000195A

---> Ibq3 > Ibq3mini


Donc avec un transistor NPN avec un beta de 200 et Q3 est saturé, donc Q1 bloquée à partir de 159V environ.
Je ne me suis pas trompé, c'est bien ça ?

Donc un BC547 ferait l'affaire (il ne faut pas un Vcemax > Valim ?) ?
http://www.fairchildsemi.com/ds/BC/BC547.pdf


Bon si ça c'est OK, je m'attaque après à R4 pour voir si je peux diminuer un petit peu le seuil de détection.
Encore merci !

[Antoane]

Utiliser excell comme tu le fais est une méthode valable. Tu obtiens 159V=155V.
Le simulateur était une autre option, qui permet de prendre en compte davantage de paramètres. Mais ici encore, sur des composants idéaux.

N'importe quel NPN fait l'affaire. Vce_max = 2Vbe...

[invite4e84e071]

Ok merci, donc pour Q3, c'est réglé.

Maintenant R4...

Quel courant doit traverser R6 ? Le courant de base de Q4 (plus un peu si besoin dans le collecteur de Q5 ; mais à vrai dire, lorsque la tension d'alim est minimale, ce courant doit être nul ou quasi-nul).
Quel courant doit passer dans la base de Q5 ?
Quel courant doit passer dans la base de Q4 ?
Tu secoues le tout et R4 = ?

Ceci dit, même en diminuant R4, il y a une autre limite : le régulateur a lui-même besoin d'une certaine tension pour fonctionner : Vbe=R1 plus la tension de seuil de la led + le Vce de Q1. Et plus Vce diminue, plus le gain diminue. On peut sans problème avoir un gain de 200 en amplification @Vce=5V et seulement 20 @Vce=Vce_sat~200mV...

Pour Icq4 il est égal au courant régulé que l'on a choisi via R5 =>
Icq4 = Vbeq5 / R5 = 0.7 / 56 = 12.5mA

Le courant de base de q4min doit donc être de Icq4 / Betaq4 = 0.0125 / Betaq4

Le courant de base de Q4 est égal à (Valim - Vcesatq5) / R6 non ?

Mais à part ça je suis bloqué, je ne comprend plus trop là ....

[Antoane]

Le courant de base de Q4 est égal à (Valim - Vcesatq5) / R6 non ?

Q5 n'est pas saturé. Que se passerait-il si Q5 était saturé ?

[invite4e84e071]

Effectivement, si Q5 est saturé, la base de Q4 est à la masse, Q4 bloqué, donc plus de régulation...

Donc sachant ça, qu'elle est la suite du raisonnement pour trouver calculer R4 ?
Merci.

[Antoane]

Vce_Q5=V(R5)+Vbe_Q4

[invite4e84e071]

Vce_Q5=V(R5)+Vbe_Q4

Vceq5 = 0.7 + 0.7
Vceq5 = 1.4V

(Vr5 = Vbeq5 = 0.7)

Quelle est la marche à suivre pour la suite stp ? car là je suis perdu, je ne sais plus trop ce que l'on recherche... (mis à part R6 bien entendu)
Merci pour ta patience en tout cas ....

[Antoane]

C'est ok.

Tu cherches à déterminer R6 de manière à ce que la régulation fonctionne correctement à partir d'une tension d'alim V° fixée, par exemple 4V.
Tu as donc besoin de trouver R6 en fonction de Valim.

Post 66, tu écrivais : Le courant de base de Q4 est égal à (Valim - Vcesatq5) / R6.
Ce qui donne en fait : Ib_Q4=(Valim-2Vbe)/R6.
Or .

Nota : ne vaudra pas 200, mais beaucoup moins... ~50 me parait plus raisonnable (cf une datasheet pour avoir des valeurs réelles).

[invite4e84e071]

Donc,

Ibq4 = (4 - 1.4) / r6
R6 = 2.6 / ibq4
R6 = 2.6 / 0.00025
R6 = 10 400ohm Pour une détection à partir de 4Volts

Car
ibq4 = icq4 / betaq4
ibq4 = 0.0125 / 50
ibq4 = 0.00025

Par contre avec une résistance de 10 400 ohm, si on ne change rien, d’après mon excel le shutdown se fait qu'à partir de 173Volts (bon tous ça est un peu approximatif, car les beta ont été prix "au pif", idem vbe etc)


Histoire de choisir un NPN "haut voltage" (Q1) pour dégrossir les calculs, j'ai essayé de calculer la puissance dissipé par Q1 mais je ne suis pas sur de la formule.
J'ai pris: (pour 200Volts, tension à laquelle le shutdown devrait couper)

P = Vceq1 * Icq4 + Vbeq4 * Ibq4
P = 200 * 0.0125 + 4 * ((Valim - 2*Vbe) /R6)
P = 2.5 + 0.01336
P = 2.51336 W

Ma formule est-telle bonne ? Si oui j'ai trouvé ce transistor: (il y a peut être mieux adapté, mais c'est pour dégrossir encore un peu les calculs)
BU505 -> http://www.st.com/web/en/resource/te...CD00001226.pdf
Mais la dedans je ne vois pas trop où trouver le hfe en fonction du Vce..


Je suis bien d'accord qu'une fois tout ça un peu dégrossis, il faudra reprendre les calculs avec 2 doc de transistor (Q2/3 et Q1) pour avoir des trucs un peu plus proche de la réalité.

[Antoane]

Ok pour R6.
Ok pour P. On peut généralement simplifier le calcul en négligeant Vbe*Ib (ici : 0,5% d'erreur...)
La tension de shutdown peut être ajustée en jouant sur R2 ou R3.
Le BU505 tient la tension (1,5kV !), c'est bien, mais ça se fait au détriment d'autres caractéristiques... Regarde le Vce_sat et Vbe_sat (table 3).
Le Hfe varie peu avec Vce (effet Early), sauf quand on se rapproche de la saturation (http://www.next.gr/components-datasheets/2N2222.pdf cf par exemple page 3). Hfe croit (sauf erreur) avec Vce.

[invite4e84e071]

Bonjour,

Le BU505 tient la tension (1,5kV !), c'est bien, mais ça se fait au détriment d'autres caractéristiques... Regarde le Vce_sat et Vbe_sat (table 3).

J'ai pas mal cherché de ref. pour le transistor pour Q1/Q4, mais je n'ai pas réussi à trouver grand chose "d'intéressant"... Enfin concernant les Vce/Vbe sat.
J'ai par exemple trouvé le TIP50 qui était taillé plus raisonnablement (400V), mais les Vce sat et Vbe sont identiques à peu prêt ..(http://www.mouser.com/ds/2/149/TIP50-196948.pdf)

As-tu une ref en tête ou une idée de ce que je pourrai prendre ? ou si jamais le TIP50 fait l'affaire ... je pars sur ça
(J'ai surtout cherché dans des ref plus ou moins connu, car sinon on a vite fait de tomber sur des ref. à 5/6€ le transistor....)

Merci.

[Antoane]

Le moteur de recherche de Farnell est pratique et très fourni, il suffit ensuite de chercher le composant chez ton distributeur préféré.
Ca permet d'aller chercher dans des références plus modernes, moins classiques, et pourtant pas forcément plus cher.
Ex : http://www.diodes.com/datasheets/FZT458.pd (moins de 1€ chez Farnell)

[invite4e84e071]

J'étais effectivement passé par farnell pour faire ma recherche.

Par contre je n'étais pas descendu "aussi bas" pour leur dissipation de puissance, car avec une coupure à environ 200V, théoriquement il doit dissiper 2.5W environ.
D'après la doc du FZT458, il peut dissiper 3W avec un dissipateur thermique de 50x50mm.

C'est donc bon comme choix ou il vaut mieux prévoir une petite marge supplémentaire ?


Merci.

[invite4e84e071]

Bonjour à tous,

Pour que je puisse choisir un transistor de puissance, est-ce que vous pouvez me dire svp ce que vous préconisez comme marge de sécurité concernant la dissipation de puissance ?

Merci.

[Antoane]

C'est vrai que c'est un peu juste, 50% de marge, se serait pas mal. Voire plus vue l'imprécision des données.

Il y a aussi moyen de diminuer le seuil.

[invite4e84e071]

Ok, je te remercie.

Effectivement j'ai aussi pensé à réduire un peu le seuil, mais je voulais connaitre un ordre d'idée de marge de sécu
Maintenant je vais pouvoir refaire mes calculs et affiner tout ça !