Protection contre les inversions de polarités et les courants inverses

[William-06]

Bonjour,

Je travaille en ce moment sur un montage électronique à mettre entre un chargeur de batterie et une batterie (plomb). Le but de ce montage est d’apporter différentes protections au chargeur :

- Une protection contre les inversions de polarité côté batterie (batterie branchée dans le mauvais sens)
- Une protection contre les retours de courant dans le chargeur

J’ai réfléchi à la question et je propose le montage suivant (voir pièce jointe).

Le principe est de commander 2 transistors N-MOS à l’aide de 2 comparateurs :

- Le comparateur C1 compare la différence de potentiel aux bornes de la résistance shunt (qui me servira pour mesurer le courant).
- Le comparateur C2 compare la différence de potentiel aux bornes de la batterie.
- Supposons que la tension de grille seuil des transistors T1 et T2 soit Vgs(th)=2V

Supposons que la batterie est une batterie 12V.


Quand les conditions de fonctionnement sont bonnes, Vch>Vbat donc la sortie du comparateur C1 vaut 5V et Vbat>0 donc la sortie du comparateur C2 vaut 5V. Les transistors T1 et T2 sont donc passant car Vgs=5V pour les deux. Un courant circule du chargeur vers la batterie donc la batterie se charge.

Prenons maintenant le cas de l’inversion de polarité :

Si la batterie est branchée à l’envers, le courant circule toujours du chargeur vers la batterie et la sortie du comparateur C2 vaut 0V car Vbat<0. Le transistor T2 est bloqué car Vgs=0V. La diode intrinsèque du transistor T2 est aussi bloqué donc le circuit est ouvert et aucun courant ne circule.

Maintenant prenons le cas où le chargeur est éteint :

La tension Vch=0 et Vbat=12V, le courant circule donc dans le mauvais sens c’est-à-dire de la batterie vers le chargeur, ce qu’il faut éviter.
Comme Vch<Vbat la sortie du comparateur C1 vaut 0V donc le transistor T1 est bloqué (Vgs=0). La diode intrinsèque du transistor est aussi bloquée donc le circuit est ouvert et aucun courant ne circule.

Dans le cas d’un retour de courant dans le chargeur ou d’une inversion de polarité au niveau de la batterie, le circuit est ouvert donc il n’y a pas de risque de destruction du chargeur ou d’autres composants.

Ce montage vous parait-il fonctionnel ?
Y a-t-il des subtilités que je n’ai pas prises en compte ?

Je vous remercie d’avance pour vos réponses.

Cordialement,

William
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[PIXEL]

pourquoi pas une simple diode ?

[Positron1]

Salut,
Oui !!!!je ne comprends pas un tel acharnement thérapeutique au risque de ne pas fonctionner !!!! est ce demandé par un prof ?

[PIXEL]

ça me rappelle un vieux principe shadock :

" pourquoi faire simple, bon marché et efficace ; alors qu'on peut faire compliqué,
cher et foireux...."

[A voir en vidéo sur Futura]

[William-06]

Bonjour Pixel,

Merci pour ta réponse.

La solution de la diode (accompagné d'un fusible) était la solution que nous utilisions avant.
Hors l'utilisation de la diode entraine :

- Des pertes de puissance de plusieurs Watts pour un courant de plusieurs ampères (sachant que dans mon cas le courant pourra varier de 2.5A à 40A suivant le chargeur)
- L'obligation de mettre un radiateur qui prend beaucoup de place sur la carte électronique
- L'obligation de changer le fusible à chaque inversion de polarité

Pour ce nouveau projet l'idée était d'améliorer cette protection. Sur internet j'ai beaucoup entendu parlé de la protection contre les inversions de polarité en utilisant un transistor P-MOS :

http://bulbot.ulb.ac.be/index.php/13...-aide-d-un-mos

Hors cette solution fonctionne pour une inversion de polarité en entrée du montage et avec une charge passive en sortie, ce qui n'est pas mon cas vu que la batterie a sa propre tension.

D'où ma proposition.

L'utilisation des transistors N-MOS me permettrait de réduire les pertes (Rdson très faible lorsque le transistor est passant), de gagner de la place sur ma carte et de ne pas avoir à changer le fusible lors d'une inversion de polarité.

Qu'en pensez vous ?

William

[PIXEL]

biscotte tu pense que tes transo ne vont pas dissiper ?

bref , je trouve ça épouvantablement complexe pour gratter quelques watts.

mais si tu juges le contraire... c'est toi le maitre de projet !

[William-06]

Le projet que l'on m'a donné consiste à améliorer cette protection en réduisant les pertes et en faisant abstraction du fusible pour ne pas avoir à le remplacer à chaque inversion.
Je ne cherche pas à faire un circuit compliqué juste pour le plaisir.

Si je décide de garder la diode, je ne peux pas enlever le fusible (lors d'une inversion de polarité le courant sera trop élevé pour être supporté par le circuit) ce qui ne résout en rien mes problèmes.

Le schéma que je propose n'est pas si compliqué que ça, il s'agit de deux comparateurs qui pilotent un transistor chacun :

- C1 bloque T1 lorsque le courant circule dans le mauvais sens
- C2 bloque T2 lorsque il y a une inversion de polarité aux bornes de la batterie

Pourrais-je avoir un avis sur cette solution ?

Si quelqu'un a une solution plus simple qui répond à mes besoins je suis aussi preneur.

Merci d'avance

[PIXEL]

pour avoir un avis, il faut faire une maquette et tester

[Celestion]

http://www.digikey.fr/product-search...=0&pageSize=25

[sandrecarpe]

Ce que je peux te dire c'est que tes comparateurs ne compare pas comme il faut
De plus à ce que je sache, les AOP ne peuvent pas comparer des tensions supérieurs à leur tension d'alimentation

[fabang]

Avec quoi vas-tu alimenter les composants, il leur faut une tension d'alimentation supérieure (ou au moins égale) à celle des batteries.
La diode en série évite que la batterie ne débite dans le chargeur, mais avec un chargeur rustique qui ce termine par un pont de diodes, c'est inutile les diodes du chargeur suffisent à assurer la fonction.
La batterie à l'envers par contre est vue comme en série avec le chargeur, le tout en court-circuit. La ton montage ne fonctionne pas non plus car tu as encore un problème d'alimentation des composants.

[Antoane]

Bonsoir,

Outre les problèmes pratiques, comme relevé par Sandrecarpe, il y a un ou deux problèmes plus fondamentaux avec ton schéma ; en particulier :
lorsque le courant circulant dans le shunt est nul ou faible, la tension à ses bornes est nulle ou trop faible, la tension de sortie du comparateur est alors dans un état indéterminée (problèmes de bruit, et d'offset du comparateur).

Une solution, ou une bonne base de départ est d'utiliser ou au moins de s'inspirer, comme proposé par Celestion, de "diodes idéales", "ideal diodes" ou 'ORing controler" outre-manche. N'hésites pas à regarder les datasheets et circuits internes de ses composants, ainsi que (surtout) des notes d'application, par ex. http://cds.linear.com/docs/en/design-note/dn1003f.pdf

[fabang]

Les diodes même idéales n'apporteront pas de protection contre les inversions de polarité.

[William-06]

Merci à tous pour vos réponses.

J'ai fais quelques recherches sur les "diodes idéales"/"ORing controller" et ça me parait pas mal du tout pour remplacer la diode (réduction des pertes) et protéger le chargeur des retours de courant.
J'ai regardé plusieurs datasheets dont celle ci : http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm5050-1-q1.pdf
Si j'ai bien compris, ce composant doit être accompagné d'un transistor et permet de comparer le potentiel de la source avec celui du drain (donc de déterminer le sens du courant) puis de bloquer le transistor si le courant circule dans le mauvais sens.
Ne connaissant pas très bien ce type de composant, j'ai un peu de mal avec toutes les données présentes dans la datasheet.

Dans mon application, dans le cas extrême, la tension aux bornes du transistor sera de 48V (Chargeurs de batterie/Batterie 24V lors d'une inversion de polarité) et le courant de charge maximal sera de 40A.
Supposons que je prenne un transistor pouvant supporter une tension Vdsmax=60V et un courant de drain Id=50A, le "ORing controller" LM5050-1 (citez plus haut) serait-il adapté ?

Pour la partie inversion de polarité je pensais rester sur la solution comparateur + transistor N-MOS. Il y aura une alimentation 5V et/ou 12V (le schéma final n'a pas encore été décidé) sur la carte pour alimenter le comparateur et j'utiliserai un pont diviseur de tension entre la batterie et le comparateur pour que les tensions comparées soit inférieur à la tension d'alimentation.

Si j'utilise un ORing controller+N-MOS pour protéger le chargeur des retours de courant et un comparateur+N-MOS pour la protection contre les inversions de polarités, la solution parait-elle viable ?

Merci d'avance