Interface puissance

[sandrecarpe]

Bonjour à tous,
J'ai décidé de refaire ma carte de puissance qui commençais a déconné je ne sais pourquoi. Elle servira a la commande d'un tube fluo alimenté par le secteur et d'un brumisateur alimenté alimenté en 24Vdc. Cette fois j'ai choisis de ne plus utiliser de relais, uniquement des optocoupleurs.

Les signaux logiques 5V qui commandent la carte sont délivrés par un Raspberry Pi. J'aimerais savoir ce que vous pensez de ce schéma, notamment la partie avec le 4n25, l'autre partie je n'ai fais que recopier la doc.
Les masses de part et d'autre de l'optocoupleur sont bien sûr différentes. Les switchs servent à utiliser la carte en marche forcée.
J'ai fais un truc bizarre à droite du 4N25 pour avoir à l'état de repos (quand l'état 0 est présent sur Q4) un brumisateur éteint. Puis j'ai fais un pont diviseur pour avoir à peu près 10V sur la grille du MOSFET. Sommes-nous d'accord que 3V aurait suffit ?



P35NF
MOC3041
BC547
4N25

Tout ça est théorique je n'ai rien essayé encore.
Merci de votre aide
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[PIXEL]

270 k-ohms pour r4 , ça me parait beaucoup

[Antoane]

Bonsoir,

J'ai fais un truc bizarre à droite du 4N25 pour avoir à l'état de repos (quand l'état 0 est présent sur Q4) un brumisateur éteint.

Ca fonctionne, mais tu peux encore économiser une résistance et un transistor...

Puis j'ai fais un pont diviseur pour avoir à peu près 10V sur la grille du MOSFET.

Oui.
Un mosfet 100V pour commander du 24V... C'est surdimensionné. Ca se voit sur la Rds_on, de 32mOhm. Ce n'est pas nécessairement un problème, à voir en fonction du courant demandé et si tu veux utiliser ce composant pour vider tes tiroirs.

Sommes-nous d'accord que 3V aurait suffit ?

Non : Vgs_h indique à partir de quelle tension le MOSFET commence à laisser passer le courant.
Pour qu'il soit vraiment bien bien passant, c'est à dire que sa Rds_on vaille 30mOhm, il faut lui fournir une tension Vgs>10V. Cela se voit en page 2 de la datasheet : la Rds_on est mesurée @Vgs=10V.


R4 me semble bien grosse...

[DAUDET78]

J'ai un doute sur le Triac pour commander une lampe EcoFluo. Perso, je préfère un bon relais.

Par contre :
R4=270K ???
R10=10K , je mettrais 3,3K
Q3 pourrait être supprimé

[A voir en vidéo sur Futura]

[Antoane]

Quel courant peut sortir au max le Rpi ?
Il est possible que Q4 ne soit pas indispensable, surtout si tu remplace l'opto par un à sortie darlington.
Si je ne m'abuse, un raspi sort du 0/3.3V.

[sandrecarpe]

R4 vaut 270ohm, c'est une erreur de saisie.
Effectivement le RPI sort du 3.3V, je m'en rappelai plus --'
Le Rpi peut sortir 20mA max il me semble, j'ai mis les transistors Q1 et Q4 justement pour éviter qu'il fournisse du courant

Si je n'inverse pas le niveau logique avec Q3, il faudrait que Q4 soit passant constamment, donc usure inutile du composant et plus de consommation ?
J'avais mis R10 à 10k car, d'après la doc du 4N25, avec If = 7mA, on a peu près 5mA dispo sur le collecteur, ce qui était assez pour saturer Q3. Et comme le gain du bc547 est de 20 en saturation, ça faisait a peu près R10 = 10k

Mais bon, comme le Rpi sort du 3.3V, c'est plus bon.

Pour le 4N25 :
Je fixe If à 10mA, ce qui implique Vf = 1.1V environ et son Ice = 7mA, ce qui (devrait) suffit
Donc R8 = (5-0.25-1.1) / 10mA = 365 ohm ==> 390ohm
R10 = (3.3-0.6) / (10mA / 20) = 5400 ohm ==> 5600 ohm


Pour U2:
Je fixe If à 15mA (peut-on descendre en dessous ? Je comprends pas trop ce qu'ils racontent dans le doc...)
Donc Vf = 1.2V
Donc R4 = (5-1.2-0.25)/ 15mA = 237ohm ==> 270ohm
Donc R5 = (3.3-0.6) / (15mA/20) = 3600ohm ==> 3300ohm

[sandrecarpe]

J'ai un doute sur le Triac pour commander une lampe EcoFluo. Perso, je préfère un bon relais.

Même avec un relai le tube fluo me faisait *****
Enfin après surement je m'y prenais mal avec lui....Quoique, depuis que j'ai mis un ballast électronique, ça va mieux

[Antoane]

Le Rpi peut sortir 20mA max il me semble, j'ai mis les transistors Q1 et Q4 justement pour éviter qu'il fournisse du courant

Ca peut se défendre

Si je n'inverse pas le niveau logique avec Q3, il faudrait que Q4 soit passant constamment, donc usure inutile du composant et plus de consommation ?

Ou bien il faut câbler différemment le transistor de sortie de l'opto...
Quand tu en auras marre de chercher :

 Cliquez pour afficher

Voit le plus comme un interrupteur (unidirectionnel) que comme un NPN : rien ne t'oblige à mettre l'émetteur à la masse

Pour le 4N25 :
Je fixe If à 10mA, ce qui implique Vf = 1.1V environ et son Ice = 7mA, ce qui (devrait) suffit

D'où vient cette valeur de 7mA ? de quel courant de collecteur as-tu besoin pour l'opto ?

Dans la datashet de l'optocoupleur, il faut regarder le CTR, défini comme le courant circulant dans la led divisé par le courant de collecteur. C'est similaire au gain d'un transistor bipolaire. Il est fonction duc ourant dans la led, de la tension Vce appliquée... Comme le gain d'un NPN, il est peu connu, on en donne une valeur approximative.

[DAUDET78]

Si je n'inverse pas le niveau logique avec Q3, il faudrait que Q4 soit passant constamment, donc usure inutile du composant et plus de consommation ?

Non, pas forcement ! Il faut faire le bon schéma pour piloter le NMOS . Je te laisse chercher.
Quand tu en auras marre de chercher :

 Cliquez pour afficher

mettre le phototransitor en série avec R6 (et supprimer R9 Q3)

[sandrecarpe]

D'où vient cette valeur de 7mA ? de quel courant de collecteur as-tu besoin pour l'opto ?

C'est d'après la figure 6. Avec If = 10mA, le collecteur peut fournir jusqu'à environ 8mA, ce qui est suffisant pour saturer le MOS. C'est pas ça ?

[DAUDET78]

le collecteur peut fournir jusqu'à environ 8mA,

le collecteur laisse passer le courant qu'on lui donne ! En l'occurence, sa charge, c'est R6+R7=27K . Soit sous 24V, un petit milliampère !

ce qui est suffisant pour saturer le MOS. C'est pas ça ?

Donc si le phototransistor est OFF , la tension grille-source est de 0V -> NMOS bloqué
Donc si le phototransistor est ON , la tension grille-source est de 24*R7/(R7+R6)= 10,7V -> NMOS conducteur

PS : Evidemment, le NMOS, avec une commande de grille de plusieurs kiloohms, commute lentement. Ce montage est prohibé pour une commande PWM !

[Antoane]

Bonsoir,

C'est d'après la figure 6. Avec If = 10mA, le collecteur peut fournir jusqu'à environ 8mA

C'est ce que dit la figure, en effet. Néanmoins, elle ne dit pas sous quel Vce ce courant est donné. C'est un peu comme la différence gain en petits signaux (Vce=5V, Hfe ~100 ou 200) et gain en saturation (Vce=100mV, gain=20) d'un transistor.
Par ailleurs, ce sont des valeurs typiques, qui sont souffrent d'un très forte dispersion : un composant pourra sortir 8mA, l'autre 16, l'autre seulement 2mA. Comme le gain d'un NPN.

Pour des valeurs garanties, tu peux regarder le tableau en haut de page 134 http://www.vishay.com/docs/83725/4n25.pdf. Elles sont données @Vce=10, tu peux regarder (pour info) les fig. 2 à 5 pour savoir ce que cela devient en saturation.
La seule donnée en saturation est en page 133: Vce<0.5V @ Ic=2mA, If=50mA, soit un gain de 0,04

ce qui est suffisant pour saturer le MOS. C'est pas ça ?

Le courant de sortie de l'opto est-il égal au courant de grille du MOSFET ?

Que vaut le courant de sortie de l'opto dans ce schéma : http://forums.futura-sciences.com/at...ce-circuit.jpg ?
et dans celui-ci : http://forums.futura-sciences.com/at...ce-circuit.jpg ?

Ce schéma : http://forums.futura-sciences.com/at...ce-circuit.jpg est bon, pour peu que tu n'ais pas besoin de diode de roue-libre sur le brumisateur.
Note que le mosfet peut être correctement passant avec une tension Vgs comprise entre 10 et ~20V, tu peux donc donner un peu de marge au système en choisissant Vgs=12V et en acceptant que la chute de tension dans le transistor de sortie de l'opto soit de quelques volts.

[DAUDET78]

C'est une brouette ce 4N25 (je n'avais pas regardé la datasheet)!
Je me basais sur 10% de ratio .... et lui ne fait que 4% ! Il peut augmenter les résistances : R7=47K R6=59K
Ou choisir un autre Opto.

[sandrecarpe]

Donc il faut que je fasse en sorte qu'il est If = 50mA, comme ça il y a Ice = 2mA et ça serait bon avec les valeurs qu'il y a pour R6 et R7 ?
Ou alors je fais ce que me dit Daudet

Que vaut le courant de sortie de l'opto dans ce schéma : http://forums.futura-sciences.com/at...ce-circuit.jpg ?
et dans celui-ci : http://forums.futura-sciences.com/at...ce-circuit.jpg ?

Dans le premier schéma le courant max dans le collecteur est d'environ 0.5mA, or on a demande environ 0.87 mA. C'est ça ?

[DAUDET78]

Donc il faut que je fasse en sorte qu'il est If = 50mA, comme ça il y a Ice = 2mA et ça serait bon avec les valeurs qu'il y a pour R6 et R7 ?

Il passe 1mA ! donc If=25mA est OK

Ou alors je fais ce que me dit Daudet

Changement des résistances ou un opto plus performant

[sandrecarpe]

Je voulais dire Ice_max pardon, mais j'ai compris le truc
J'ai une question du coup pour les MOSFET. Comme me disait Antoane, le MOSFET est assuré de commuté pour Vgs = 10V tout en aillant Rds_on = 30mOhm. Mais je suis en train de regarder le graphique de la doc page 4 (je parle toujours du même mosfet). Ce que je comprends de ce graph, c'est que, par exemple, la commutation est assuré à Vgs = 5V, ce qui fixe Id_max à 20A (?). Par contre, Rds_on vaut combien du coup ?

On ne sait pas ? On sait juste que Rds_on = 30mOhm pour Vgs > 10V ?

[DAUDET78]

On ne regarde jamais les graphiques, c'est de la PUB non garantie !
On regarde le Rds(on) pour Vgs=10V et un Idmax .
On mets Vgs=10V et la charge passe un courant inférieur à Idmax

[sandrecarpe]

D'accord !
Merci bien !

[Antoane]

On peut aussi se dire qu'en choisissant un gain de 0,04, on est sur d'être dans un état sur-sécuritaire où Vce < 500mV.
Sachant qu'on a 24-10~14V à perdre dans l'ensemble {transistor de sortie de l'opto, R6}, on peut décider de laisser une tension >> 500mV dans l'opto.

Sur ce schéma : http://forums.futura-sciences.com/at...ce-circuit.jpg

Le Vgs max acceptable par le NMOS est de V_{gs, max}=20V, ce qui donne une valeur minimale de R6 (supposant Vce=0) : R6_min=R5*(Vcc/V_{gs, max}-1)
Le CTR est également spécifié @Vce=10V. Pour avoir au moins V_{gs, 0}=10V de Vgs et au moins 10V de Vce, il faut perdre au plus V°=4V dand R6, ce qui donne une valeur max de R6_max = V°/I_R6=R5*V°/V_{gs, 0}
Avec un peu de chance : R6_max > R6_min,

Vérifions: R6_max=2*R5/5 ; R6_min=R5/5
Choisir une valeur de R5 comprise entre 2.5*R6 et 5*R6 convient donc.

Cela donne alors la valeur minimale du courant à envoyer dans la led : I_f=Vcc/(R5+R6)/CTR, avec CTR=0.2.
D'où la valeur maximale de R8.

On peut aussi (c'est presque mieux) prendre le problème dans l'autre sens : on fixe I_f=10mA => I_c=2mA => R5=5k2 => R6=2k.

Le tout étant fait en respectant strictement les données des datasheet, avec seule hypothèse que les caractéristiques sont monotones (et encore, pas dans la dernière application numérique).
L'éventuel inconvénient, lié à la trop stricte application des valeurs limites d'un composant à forte dispersion, est qu'en typique, on commande le mosfet en Vgs~=16V (Vce~2V). Ca reste encore loin de 20V.
Point positif : on ne consomme que 10mA au primaire et commande le mosfet avec une impédance de ~1.8kOhm, ce qui garantie une bonne immunité aux parasites, bien meilleure qu'en se basant sur un couplke de résistances de l'ordre de la cinquantaine de kOhm.

On peut ensuite ajouter des paramètres tels qu'une incertitude sur la valeur du 24V ou sur celles des résistances. Le rapport R6_max/R6_min est suffisamment grand pour jouer un peu.

[sandrecarpe]

J'avoue que j'ai un peu de mal à te suivre là, pour la première méthode.
Pour la seconde, tu dis :

on fixe If=10mA => Ic=2mA => R5=5k2 => R6=2k.

Comment en déduis-tu cette valeur de Ic ? Si le gain est de 0.04, Ic ne devrait pas être de 0.4mA ?

[Antoane]

Bonsoir,

Comment en déduis-tu cette valeur de Ic ? Si le gain est de 0.04, Ic ne devrait pas être de 0.4mA ?

Non, car on n'utilise pas le composant en saturation. Vce n'est pas de l'ordre de 500mV (on aurait alors un gain (=CTR) de 00.04) mais de plusieurs volts (le CTR vaut alors > 0.2).

[DAUDET78]

Tu prend un optocoupleur digne de ce nom : http://fr.farnell.com/webapp/wcs/sto...8344,211981168
Par exemple ratio 10% : http://fr.farnell.com/vishay/vo615a-...0ma/dp/2251538
Par exemple ratio 25% : http://www.farnell.com/datasheets/808674.pdf

[sandrecarpe]

Faire 60km pour un optocoupleur, je préfère comprendre comment ça marche...
Désolé, je n'ai pas compris x)

Au début, on parlais d'utiliser l'opto en saturé (ça j'ai compris), puis maintenant en linéaire, dans le but d'avoir une faible impédance pour commander le mosfet
Mais à partir de combien pour If est-il saturé ? 50mA ? En dessous, il est dans sa zone linéaire ?

Désolé si vous avez l'impression de vous répéter

[sandrecarpe]

Je sais que CTR = (Ic/If) * 100
Donc d'après la figure 2 de la doc, si on fixe If à 10mA, comme dit plus haut, on a CTR = 1, soit un gain de 0.01
Donc un Ic de (1*0.01)/100 = 0.1mA ?



Une parenthèse, un brumisateur à ultrason, c'est quel type de charge ? A-t-elle besoin d'une diode de roue libre ?

[DAUDET78]

Au début, on parlais d'utiliser l'opto en saturé (ça j'ai compris),

Moi, je l'utilise toujours en saturé . Avec ton schéma actuel

Il peut augmenter les résistances : R7=47K R6=59K

[sandrecarpe]

Oui bien sur, mais comme j'ai eu des soucis de parasites à cause de mon tube fluo, la façon de faire d'antoane attire ma curiosité ^^

[Antoane]

Bonjour,

si besoin de le préciser : je suis tout à fait d'accord avec Daudet : le mieux est d'utiliser un opto avec un meilleur CTR.
Cependant, on peut effectivement vouloir se contenter de fonds de tiroirs pour faire le montage, et utiliser un 4N25.

Au début, on parlais d'utiliser l'opto en saturé (ça j'ai compris),

Oui, car ainsi :
- les calculs étaient simples ;
- on connaissant assez précisément toutes les grandeur (tensions et courants).
Inconvénient : ca oblige à prendre une marge assez énorme et demande une d'envoyer assez beaucoup de courant dans la led.

puis maintenant en linéaire, dans le but d'avoir une faible impédance pour commander le mosfet

La faible impédance de commande, est l'un des avantages.

Mais à partir de combien pour If est-il saturé ?

L'électronicien (le physicien aurait peut-être une réponse différente) pourra dire que le composant fonctionne en mode saturé lorsque le rapport du courant Ie/If ne vaut plus que, environ, 0,04. Cela ne dépend donc pas seulement de If, mais aussi de ce que tu branches en sortie du composant.
C'est exactement comme pour un transistor bipolaire.

Je sais que CTR = (Ic/If) * 100

Mouai... CTR est un nombre défini comme CTR = Ic/If. On multiplie par 10 si on veut l'exprimer en %. Exemple : on parle depuis le début d'un gain de CTR=0.04, c'est à dire Ic=If*0.04 , ce qui est équivalent à If=25*Ic.
On peut aussi dire CTR=4%

Donc d'après la figure 2 de la doc, si on fixe If à 10mA, comme dit plus haut, on a CTR = 1

dans ce cas : gain=CTR=1=100%. Pour If=10mA, cela donne Ic=10mA.
Mais c'est une valeur typique, non garantie.

Une parenthèse, un brumisateur à ultrason, c'est quel type de charge ? A-t-elle besoin d'une diode de roue libre ?

Probablement complexe, mais peu inductive. Cependant, une diode, ca ne coute pas cher, donc autant en mettre une.
De préférence une diode un minimum rapide (pas une 1N400x), pouvant tenir le courant d'alim du brumisateur en pointe : comme la diode ne conduira qu'un peu de temps en temps, il n'est pas nécessaire qu'elle puisse tenir le courant demandé en continu.
Par exemple : une UF400x http://www.farnell.com/datasheets/1662165.pdf conviendra pour un courant <30A (tout en prenant de la marge).

[DAUDET78]

De préférence une diode un minimum rapide (pas une 1N400x),

Dans ce cas prècis, pas besoin d'une rapide.

Une rapide a un temps de recouvrement faible. Quand il passe du courant direct et qu'on la place rapidement en tension inverse, une 1N4004 met trois plombes à devenir non conductrice, une rapide en moins d'une microseconde.
Ce cas ne se présente jamais ici :
- On est en inverse et on devient conducteur
- On est non conducteur et on passe en en inverse

[Antoane]

Vue la manière dont est conçue la commande, la transition va être très sale. A chaque allumage ou extinction du brumisateur, on risque d'avoir des hoquetements, soubressauts, oscillations... qui feraient passer la diode de reverse- à forward-biaised de multiples fois. L'alim serait ~court-circuitée à chaque fois par la diode en reverse-recovery et le nmos.
Personne n'apprécierait.

[DAUDET78]

on risque d'avoir des hoquetements, soubressauts, oscillations...

avec une commande parfaitement propre et avec une impédance de source de l'ordre de 10K et une capacité d'entrée de l'ordre de 2nF (et je ne parle même pas de la capa Miller !), envisager cette possibilité , c'est la quatrième dimension !