Transistor, MOS, Interrupteur controlé en tension ?

[bisou10]

Bonjour,

En sortie d'un MCU, je souhaite que mon signal logique commande l'ouverture d'un transistor pour autoriser un courant important (environ 600mA)

Le problème de mon montage est le calcul des courants de fuite.

Le signal sera à 0v lorsque non actif.

Quel est selon vous la meilleure option ? Je me perds un peu. D'après mes souvenirs, un simple transistor ferait l'affaire, mais comment puis-je calculer la chute de tension CE en fonction du courant consommé (qui ira de 100 à 600 mA) ? Est ce qu'un MOSFET est une meilleure option ? Enfin, un circuit spécifique me garantira peut-être moins de courant de fuite ?

Merci de vos suggestions !
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[Zenertransil]

Bonjour!


Courant important = 600 mA? Pour moi courant important = supérieur à 100 A au moins quoi! Ahlala, ces électroniciens...

Blague à part, oui, un MOSFET bien piloté sera une option plus simple! L'espace CE d'un transistor bipolaire est une "grosse diode" comme j'ai l'habitude de le dire, on a une caractéristique Ic = f(Vce) exponentielle. Le fabriquant te donne la caractéristique, mais ce n'est pas ce qui est le plus facile... Un MOSFET saturé se comporte comme une résistance, donc la chute de tension entre drain et source est directement proportionnelle au courant de drain. Elle est pas belle, la vie? Si tu veux limiter la chute de tension, tu prends un transistor qui a une faible Rdson. Conseil : prendre un transo surdimensionné EN COURANT (Rdson diminue globalement avec Idss), mais SURTOUT PAS EN TENSION (Rdson augmente avec Vdss!)!

Pour te donner un exemple, j'ai dans mes tiroirs des IRFZ44N et des IRF840. Les premiers doivent être des 55V - 49A, les deuxièmes des 500V - 8A. Les premiers ont une Rdson de 23 milliohms, contre presque 1 ohm pour les IRF840 si je me souviens bien! Donc ne va pas mettre un transistor qui tient 200V s'il t'en faut 20, tu serais perdant sur la Rdson, donc sur les pertes statiques, et sur la chute de tension.



Par contre, pourquoi tu parles de courant de fuite? Tu es vraiment au nA, disons au µA près?

[Zenertransil]

Pour les puristes, je reprends quand même ce que j'ai dit quant à la caractéristique Ic = f(Vce) du transistor bipolaire parce que ce n'est pas tout à fait juste, il faut tenir compte du courant de base... (s'il n'augmente pas en conséquence, on a beau augmenter Vce, Ic n'augmente plus!)

[bisou10]

Ah merci à toi l'ensemble est alimenté par une pile, et le but est qu'en veille, l'ensemble tienne au moins 1 an.

Du coup, autant je sais dimensionner la conso micro, autant je me dois de maitriser les courants de fuite cumulés. quelques uA sont acceptables.

La fonction qui utilise 600mA est extremement rare, et la consigne sera de remplacer la batterie (je pars sur 5v / 2000mAh) après quelques activation (la fonction dure 2 minutes, mais l'appel de courant est surtout les 20 premières secondes), et je prévois de compter le temps d'utilisation par le MCU.

Merci !

[A voir en vidéo sur Futura]

[Zenertransil]

Ah oui d'accord! Tu trouveras l'info dans la datasheet du transistor que tu vas choisir côté consommation, l'autre intérêt d'utiliser un MOSFET, c'est que tu n'as pas de courant de commande en régime établi! Un transistor comme le 2N2222 qui tient justement 600mA a un gain en saturation de 20 approximativement, ce qui fait quand même 30 mA pour le commander correctement. 30mA perdus!

[bisou10]

Merci, après choix, j'ai pris un mosfet canal n avec un vgs on de 0.6v, qui tient 0.9A.

[Zenertransil]

Bonjour,

ça me semble curieux... Tu as la doc ou la référence, que j'y jette (ou qu'on y jette) un oeil?

[bisou10]

Bien sur: http://www.fairchildsemi.com/ds/FD/FDV305N.pdf

En sortie de mon MCU je branche un GPIO sur G et je mets S à l'alim positive de mon périphérique, et le D sur mon +5v. Niveau logique 0 le mos est bloqué, niveau 1 le mos est passant et alimente mon périphérique.

Je ne l'ai pas testé pour l'instant, mais ca semble ok non ?

[Zenertransil]

Si je comprends bien ce que tu veux faire (mettre le MOSFET entre le + alim de ta "charge" et le 5V, c'est ça?), ça risque de mal fonctionner! Disons que tu auras 3,5V environ sur le +alim de ton périphérique... Pour commuter correctement, on utilise un bipolaire en émetteur commun et un mosfet en source commune, donc émetteur ou source à la masse, et charge entre le + et le collecteur ou le drain.

Si on utilise un bipolaire en collecteur commun (charge entre l'émetteur et la masse), ce n'est pas la tension de collecteur que l'on va retrouver sur l'émetteur mais la tension de base, amputée de Vbesat, soit 0,7V environ. C'est en gros comme ça qu'on fait un régulateur linéaire : la tension non-régulée est sur le collecteur, la sortie se fait sur l'émetteur, et le régulateur commande la base du transistor. Avec un MOSFET c'est pareil sauf qu'on ne perd pas Vbesat, mais Vgsth. Pour ton transistor, Vgsth vaut 1 ou 1,5V : la tension que tu retrouveras sur la source sera celle de la GRILLE amputée de ce 1-1,5V. Donc en admettant que ton port de sortie, qui commande la grille, sorte du 5V pile poil, tu auras 3,5-4V seulement sur la source...

Autre problème: le MOSFET va chauffer beaucoup plus! Il dissipera disons 0,6-0,9W, ce qui va l'envoyer au cimetière rapidement (résistance thermique énorme). Pour commuter correctement il faut donc mettre la source à la masse, le "- alim" de la charge sur la source, et le "+alim" de la charge sur le 5V. Là, la tension de sortie sera indépendante de la tension de grille (tu pourrais par exemple commander du 12V avec 5V à la grille), et surtout la tension sur le MOS sera plus faible: Rdson*Id soit 0,13V environ. Il dissipera moins... Par contre, ta "charge" n'aura pas exactement la même masse que le reste du montage, elle sera 0,13V plus haut en fait! Il faut voir si ça pose problème ou pas, impossible de le dire sans schéma complet et sans informations supplémentaires sur la nature de la charge!

[bisou10]

Merci de ton retour. Oui c'est important, c'est un périphérique complexe qui est adressé par l'autre partie du schéma et en interne, je pense que GND de mon périphérique est mis à GND du circuit (ma charge est en fait une autre carte électronique avec laquelle j'ai plusieurs GPIOs communs, avec la même référence).

Penses tu que ce genre de CI (là, il dissipe 500mA, mais je le chercherais en 1A) présente moins de pertes? J'ai une marge de 0.3v pour Vgs, mais guère plus, en fait.

Merci de tes lumières en tous cas

[bisou10]

Je veux dire, si je comprends bien, utiliser un SSR me donnera moins de pertes ?

Je pense particulièrement à celui ci: http://www.farnell.com/datasheets/1499915.pdf

Peux tu me dire s'il y a une perte comparable a celle de Vgs ? Je ne la vois pas dans la DS: mais de mon côté j'estime qu'il y a une perte de 0.9A (mon courant MAXI) * Ron (max 0.13ohms) soit 117mV aux bornes de la sortie du photoms.

J'ai bon ?!

Merci

[Zenertransil]

Bonjour!

C'est à voir! D'abord, qu'est-ce qu'un SSR (relais statique chez Molière et ses comparses)? C'est quelque chose qui assure la même fonction qu'un relais électromécanique, mais de façon statique, c'est à dire sans mouvement mécanique. Que fait un relais? Il permet d'amplifier en courant/tension, et d'assurer l'isolation galvanique entre les deux côtés. Donc un relais statique fait la même chose : une commande qu'on alimente, généralement une LED (interne), et un interrupteur "de puissance" qui se ferme. Il existe certains raffinements pour l'usage en courant alternatif, comme les commutations à zéro de tension.

As-tu besoin de l'isolation galvanique? A première vue, non. Un SSR pour courant continu, ça intègre comme interrupteur de puissance un MOSFET, voire un IGBT pour les costauds, voire encore plus balèze pour les très costauds. Donc à première vue, ça ne change rien. Oui mais il peut y avoir une ruse, et peut-être est-ce ce quoi tu as pensé! Comme il y a isolation galvanique, on peut placer l'interrupteur n'importe où... Donc entre le +alim et Vcc, comme tu voulais le faire!


Dans la datasheet que tu as postée, il y a une courbe donnant la chute de tension à l'état "ON" en fonction du courant. Pour 1A, on lit 0,1V, ce qui ne perturbera pas ton circuit => Tu peux utiliser cette solution


Bonne journée!

[bisou10]

En tous cas merci à toi, je vois clairement les avantages/inconvenients d'un MOSFET, et du coup je comprends donc les DS relatives.

Tes explications et cette discussion http://www.electronicspoint.com/thre.../#post-1611838 m'ont permis de bien cerner tout ca.

Je maquette ca avec un SSR (Solid State Relay, ou optomos, je pense que c'est bien un relais statique) et le calcul de la perte est bien cohérent avec la valeur de Rds on (0.13ohm soit 130mV sous 1A), et je verrais bien

Bonne journée !

[invite03481543]

Que de complications pour si peu de choses....
Tout ça sur une pauvre pile, ça va pas être triste la manip, ça sent déjà la fumée.

[Zenertransil]

Si tu as une idée meilleure et plus simple que UN optocoupleur ou UN transistor avec une Rdson très faible, on t'écoute... J'avoue mon ignorance : là, comme ça, je ne vois pas.

[invite03481543]

Bonjour,

En sortie d'un MCU, je souhaite que mon signal logique commande l'ouverture d'un transistor pour autoriser un courant important (environ 600mA)

Le problème de mon montage est le calcul des courants de fuite.

Le signal sera à 0v lorsque non actif.

Quel est selon vous la meilleure option ? Je me perds un peu. D'après mes souvenirs, un simple transistor ferait l'affaire, mais comment puis-je calculer la chute de tension CE en fonction du courant consommé (qui ira de 100 à 600 mA) ? Est ce qu'un MOSFET est une meilleure option ? Enfin, un circuit spécifique me garantira peut-être moins de courant de fuite ?

Merci de vos suggestions !

Le problème énoncé est de commander à moindre frais de courant une charge dont nous ignorons la nature mais qui consomme 600mA.
Un simple MOS suffit comme il a été déjà dit inutile d'aller chercher autre chose.
Le problème n'est pas vraiment là, l'objectif est que la pile survive un an si j'en comprend bien la demande.

A la vue des réponses et surtout des questions de bisou10, il lui sera très difficile d'obtenir ce résultat, faire fonctionner un µC à très faible courant n'est pas à la portée du premier venu en électronique.
Attention aux annonces très marketing des fabricants de µC (je ne cite personne) car à l'arrivée la réalité dépasse largement les espérances mais pas dans le bon sens...
Déjà il nous faut connaitre la fameuse "pile" et s'assurer que celle-ci supporte sans broncher 600mA pendant 2mn, ça reste à prouver selon sa techno, et d'évaluer quelle sera la chûte de tension produite à ce moment là.
Il nous faut connaitre aussi la nature de la charge.
Pour répondre correctement à un problème il faut en connaitre tous les aspects, y compris extérieurs à l'application.
L'optoMos n'a aucune utilité là dedans, seul le bon usage en soft et le bon choix du µC sont nécessaire, si tant est que la définition de la source d'énergie soit pertinente avec l'application visée.
Ce dont je doute très fortement.

[Qristoff]

Il y a aussi un autre paramètre primordial à connaitre, c'est la gamme de température ! elle conditionne les performances de ta batterie, de la consommation des composants actifs, et du courant de fuite de ton organe de commutation (sur ce point, un bipolaire est plus performant qu'un mosfet !)

[bisou10]

Merci pour vos remarques

Côté soft, c'est vraiment mon coeur de métier et actuellement je consomme de l'ordre de 300uA (par contre, oui, j'ai vraiment forcé sur le code)
.
Côté pile, je vulgarise ca, mais c'est vraiment une bête de combat, autodecharge de 2% par an, 8Ah, capable de débiter 3A en continu. Selon mes calculs, c'est l'auto-décharge qui me fait le plus mal, et je tiens facilement plus de 5 ans sans piloter ma charge 600mA.

Toute cette partie fonctionne depuis plusieurs mois. Son but principal est de switcher les alimentations. Mais jusqu'à présent, c'était avec une charge de 60mA, répartie sur 4 GPIOs (des leds, quoi, qui de plus fonctionnent en XOR, donc maxi 2 allumées).

Là, j'ai maintenant une charge qui consomme 10x plus ! Ma charge peut etre vulgarisée par de la logique (beaucoup) + un moteur.

Le MCU sait switcher mes alims, (secteur/batterie) et mon secteur sait débiter 600mA sans broncher. Dans ce cas là, je laisse la charge tourner et être télécommandée. Entre autres, le MCU surveille la tension de la pile selon les abaques fournies, pour voir si on se situe dans le coude et donc signaler une pile à changer (et autres: après X temps, on considère qu'il faut changer, etc... y'a pas mal de trucs, mais en simplifiant, c'est ça).

Donc, quand le secteur disparait, je *coupe* la charge. Mais, si j'ai une demande (= un BP sur une entrée), je dois pouvoir démarrer la charge pendant 1 minute, (pour être précis, déverrouiller un loquet sur une porte, question de sécurité). C'est rare (trés trés - y'a plein de secus avant ca hors de ma gestion), ca va pomper un peu sur la pile, mais ca doit etre faisable si besoin.

Mon souci, c'est que la batterie me donne 5.2v, contre 4.8v pour le secteur. C'est cool, sauf que la tolérance de ma charge c'est +-10%. Là je suis bloqué, avec un MOS: les seuils de tension me détruisent mon 4.5v nécessaire ( 5v +-10%), ou me remontent ma référence 0v à 130mv, donc inutilisable, bref, j'en appelle à vos lumières !

HULK28, si tu vois ca possible avec un MOS, je suis preneur, mais de mon côté, je ne trouve que des contraintes intenables (Vgs trop haut etc...)

Qristoff, on bosse en ambient, 20 à 40 °C, je n'ai rien vu dans les DS qui modifient mon fonctionnement, mais merci de me pointer ça.

[Zenertransil]

Déjà dit pour les MOS... Déjà ça ne s'utilise pas en commutation en drain commun, point barre! C'est une très mauvaise habitude à ne pas prendre, ça ne se fait que si on n'a pas le choix (forte puissance, disons à partir de 75 ou 100A, les P-MOS sont ou rares ou moins bons), et à ce moment-là on adapte la commande. Mais si tu en prends un qui a une Rdson très faible (il suffit de surdimensionner), tu seras loin de perdre 130mV! Sinon, un P-MOS, dans cette gamme de puissance ce n'est pas chose rare. Il faudra simplement inverser la commande : niveau bas pour entraîner la conduction, niveau haut pour la bloquer, en 0-5V. Un "logic level" évidemment, qui se sature bien à Vgs = -5V.

[invite03481543]

Côté soft, c'est vraiment mon coeur de métier et actuellement je consomme de l'ordre de 300uA (par contre, oui, j'ai vraiment forcé sur le code)
.

300µA?
Vus êtes très loin du compte, sur une pile c'est 10µA en standby qu'il faut obtenir
Les piles et les batteries c'est un peu mon rayon vous pouvez me croire.
Les systèmes de gestion que nous faisons ne dépassent jamais cette valeur surtout sur une pile.

[invite03481543]

Donc la pile s'avère être une batterie...
Et une batterie à 5.2V/8Ah ce n'est pas du Lithium, donc 2% de décharge par an si ce n'est pas du Lithium... (?!) ça démarre mal.
Si vous voulez de l'aide il va falloir vous confier mieux que ça et tout nous dire du premier coup.
C'est la contre partie de venir chercher des conseils sur ce forum, vous devrez subir mon sale caractère plus sérieusement on ne peut pas en plus quémander les informations, vous le comprendrez bien.

[bisou10]

Non, pas de souci, autant en numérique et ce qui va autour cela me connait, autant là, je sors un peu de mon périmètre Je suis aussi désolé pour les infos, j'essaye de simplifier au maximum, car le projet est plutot vaste (cf mon avant-dernier post, ou je détaille un peu plus).

@Zenertransil: je suis d'accord avec toi ! J'imagine qu'avec un MOS de compet on doit largement faire ça, mais là, in fine, je me retrouve avec un relais qui me prend 10mA, et qui me permet de brancher ma charge par VCC, sans chute de tension et capable de faire passer le courant souhaité: c'est cool

[Zenertransil]

Tu mets un P-MOS pas de compet, t'as pareil sans les 10mA... Ton optocoupleur C'EST un MOSFET, donc tu as les mêmes inconvénients qu'un P-MOS, avec en plus la consommation! Après tu fais comme tu veux, mais si la consommation est problématique, on ne balance pas 10mA "à la poubelle" quand on pourrait les remplacer par quelques nA...

[bisou10]

Tu peux m'expliquer avec un P-MOS ? Un MOSFET canal P c'est ça ? je n'ai pas les pertes Vgs etc ? Je peux le mettre sur VCC ?

Et oui, 10mA c'est important (même si dans mon cas, les *conditions* d'utilisation du bouzin font que je ne mettrais 10mA que lorsque je serais sur secteur, donc avec 600mA de charge).

[bobflux]

Si tu utilises un NMOS placé en high-side (dans l'alim positive de la charge), alors, il faudra que tu lui mettes sur la grille une tension supérieure à celle de l'alim pour le commuter.

Tu peux générer cette tension avec une pompe à diodes. Par exemple, ton uC sort un signal carré 0 à 5V, une pompe de charge à diodes va te générer un +9V. Bien sûr la commutation du MOS n'est pas des plus rapides.

Beaucoup plus simple, le PMOS, c'est la version PNP du MOS... la source sur l'alim, la charge entre le drain et la masse. Si la grille est sur l'alim, il est bloqué ; si la grille est à la masse (dans ton cas Vgs < -4.8V) il est passant.

C'est ultra simple. Le problème des PMOS est qu'ils sont un peu plus chers, plus lents, et moins performants que les NMOS. C'est pourquoi un convertisseur à découpage fonctionnant à une fréquence élevée utilisera des NMOS... dans ton cas, aucune importance, puisque tu vas commuter très très lentement (genre 1ms). Prends donc un gros PMOS pas cher qui a une RdsON bien faible pour le Vgs dont tu disposes. Il y a le choix.

Il existe des composants intégrés assurant cette fonction (PMOS ou NMOS+pompe de charge ; protection court circuits surchauffe ; sortie "erreur" ; etc), cherche "high side load switch" dans digikey.