Problème avec une commande de LED par PIC et transistor

[invitef3b773df]

Bonjour,

Je me sens bête : j'ai réussi à faire ce qui est décrit dans le titre (mon PIC allume et éteint mes LEDs) mais ça fonctionne à l'inverse de ce que j'avais imaginé : les LEDs sont allumées lorsque la base de mon transistor est à 0v, et les LEDs sont éteintes lorsque la base de mon transistor est à 5V. J'ai beau lire et relire des articles sur les transistors en commutation mais je ne trouve pas d'explication. Si l'un d'entre vous pouvez m'éclairer cela me ferait bien plaisir .

Voici le circuit :


Notes:

• c'est pour embarquer sur un petit quadricoptère d'où la batterie LiPo
• les LEDs représentées sur le circuit ne sont pas des LEDs à proprement parler mais des barres de LEDs destinées à être branchées directement sur une LiPo 3S (et qui viennent probablement avec leurs propres résistances CMS)
• Pour être précis les barres de LEDs sont celles-ci https://www.dronelec.com/c/p/3542-ba...730-1201-green
• Les 3 barres de LEDs branchées en parallèle directement sur la LiPo "tirent" 170 mA à 12.4V
• Le transistor est précisément celui-ci : https://produktinfo.conrad.com/daten...O_92_3_ONS.PDF

Concernant le choix des composants, voici comment j'ai procédé :

• Dans les "Absolute Maximum Ratings" de la doc du transistor on peut lire "Collector Current: 600 mA", d'où la résistance R2 de 25 ohms (12.4V / 25ohm= 500mA) pour protéger le transistor.
• Dans les "Electrical Characteristics" on peut lire "Base-Emitter Saturation : Voltage IC = 150 mA, IB = 15 mA : min 0.6V max = 1.2V". Je suis donc parti sur 0.7V (qui semble un ordre de grandeur couramment accepté) et comme mon PIC sort du 5V, ça voulait dire que la tension entre la sortie de mon PIC et la base du transistor serait de l'ordre de 4.3V. Du coup j'ai mis la résistance R1 de 820 ohms en me disant que le courant en sortie du PIC et en entrée de la base serait de 5mA (ce qui est confortable pour le PIC).
• Toujours dans les "Electrical Characteristics" on peut lire que le Gain HFE varie entre 35 et 300 selon les conditions. Du coup je me suis dit que 5mA x 35 = 175 mA seraient suffisants pour mes barres de LEDs

Bref, au final je très surpris de constater que lorsque mon PIC met sa patte RA2 à 0V (ou alors lorsque je déconnecte du PIC la base du transistor, et que je la connecte directement à GND) les LEDs s'allument. Et lorsque mon PIC met sa patte RA2 à 5V (ou alors lorsque je déconnecte du PIC la base du transistor, et que je la connecte directement à 5V via R1) les LEDs s'éteignent.

Du coup la question que je me pose est : c'est normal docteur ?

Je précise que je suis malheureusement loin de comprendre tout ce que j'écris car je ne suis pas électronicien .
Merci par avance !
-----

[gcortex]

Bonjour et bienvenue sur Futura,

les leds et idéalement 3 résistances, doivent être entre le + et le collecteur (montage série).

[invitef3b773df]

Bonjour,

Merci pour votre accueil et pour votre réponse .
C'était précisément le problème (je suis un boulet) : maintenant tout marche comme prévu !

Donc si je comprends bien : dans mon montage erroné, quand le transistor était en mode bloqué (0V sur la base) le courant passait par les LEDs. Et quand il était en mode passant, le courant "choisissait" la moindre résistance et passait majoritairement dans le collecteur (500mA alors que je voulais économiser de l'énergie...) et "délaissait" les LEDs qui s'éteignaient.

Au cas où ça pourrait aider quelqu'un d'autre, le circuit qui fonctionne comme attendu (qui économise vraisemblablement de l'énergie quand les LEDs sont éteintes...) est celui-ci :


Merci encore !

[gcortex]

Oui effectivement.

Mets 3 résistances de 75 ohms !

[A voir en vidéo sur Futura]

[antek]

Au cas où ça pourrait aider quelqu'un d'autre, le circuit qui fonctionne comme attendu (qui économise vraisemblablement de l'énergie quand les LEDs sont éteintes...) . . .

Un MOSFET canal N serait encore moins énergivore.

[invitef3b773df]

Oui effectivement.

Merci

Mets 3 résistances de 75 ohms !

En fait étant donné que ce ne sont pas des LEDs seules mais des barres (il m'a semblé voir des résistances CMS sur le PCB) qu'on peut brancher directement sur une batterie (et qui tirent au maximum 170mA branchées en direct sur la batterie) j'hésite même à supprimer la résistance.

[invitef3b773df]

Un MOSFET canal N serait encore moins énergivore.

Ah ah ? Merci, je ne connaissais pas. Je vais chercher !
Juste par curiosité : moins énergivore dans quel "régime" ? Allumé ou éteint ? LEDs éteintes, avec le transistor je m'attendais à ce que la consommation ne soit que la consommation d'alimentation du PIC. LEDs allumées je m'attendais à "perdre" le courant qui passe par la base. C'est dans ce régime allumé qu'on peut minimiser la consommation avec le MOSFET canal N ?

[gcortex]

Oui, un Nmos (logic level) est une capacité qui ne consomme que sur les changements de niveaux.
Une résistance de 10K entre sortie et masse, et une résistance de 1K en série avec la grille.
En cms, tu as le ZXMN3.

[invitef3b773df]

Ah mais ça a l'air chouette ces MOSFET: c'est une tension (et plus un courant) qui contrôle le passage du courant !

Du coup si j'ai bien compris ça donnerait ça :


Et le but des deux résistances est d'avoir un pont diviseur qui permet d'avoir 4.5V dans le MOSFET (qui doit alors avoir un VTH inférieur) et seulement 0.5mA de courant consommé en régimé allumé ?
En tous cas merci encore pour cette suggestion

[invite03481543]

Bonsoir,

non le but de la 10K est de fixer le potentiel de grille, on ne laisse pas une grille en l'air.
La 1K permet de limiter le di/dt lors du chargement de la capacité de la grille.

Par contre vous devez mettre une résistance en série avec chaque diode.

[invite03481543]

Pour votre LiPo 3S j'espère que vous avez un PCM ou un BMS, je préfère demander car je crains la réponse.
Sans quoi il faut prévoir au minimum un fusible sur votre schéma.

[invite03481543]

Par contre vous devez mettre une résistance en série avec chaque diode.

J'avais pas lu votre réponse #6.
Donc à priori c'est bon.

[invitef3b773df]

Bonsoir,

Pour votre LiPo 3S j'espère que vous avez un PCM ou un BMS

Merci beaucoup pour vos réponses. Vous faites certainement bien de demander vu mon niveau en électronique... J'ai omis de dire que je connecte la LiPo à la carte de distribution de puissance (PDB) de mon quadricoptère, carte qui alimente ensuite les LEDs via une sortie 12V régulée (et alimentera le PIC via une sortie 5V régulée). Je n'ai "donc" pas prévu de mettre de protection entre la PDB et mon circuit.

Maintenant je vais essayer de trouver le MOSFET qui correspond à mon cas d'utilisation. C'est encore à creuser mais celui-ci me parait bien :
https://produktinfo.conrad.com/daten...O_92_3_DIN.pdf

• Continuous Drain Current: 450mA (les barres de LEDs tirent 170mA)
• Drain-Source Voltage: 60V
• Gate-Source Threshold Voltage: entre 0.8V et 2.4V (donc inférieur aux 4.5V fournis par le pont diviseur côté grille)
• Power Dissipation: 700mW
• Static Drain-Source On-State Resistance: 2 ohms (et j'imagine que, vu que les barres de LED ont une résistance équivalente à 73 ohms, ça laissera beaucoup de tension pour mes LEDs et ça limitera la puissance dissipée par le MOSFET)

En tous cas merci beaucoup pour toutes vos réponses. J'apprécie énormément.

[invitef3b773df]

En cms, tu as le ZXMN3.

Mince, ta suggestion m'avait échappé... Merci : ça va me permettre de choisir un truc similaire (mais pas en CMS car je ne suis pas bien précis en soudure).
Il a une résistance super faible en "on" ! Dans ma compréhension actuelles des choses, ça me parait être synonyme de peu de puissance à dissiper, et d'une belle tension restante pour mes LED.

[PA5CAL]

Bonsoir

[*]Gate-Source Threshold Voltage: entre 0.8V et 2.4V (donc inférieur aux 4.5V fournis par le pont diviseur côté grille)

ATTENTION !

La tension Gate-Source Threshold Voltage fixe le seuil de coupure, au-dessous duquel le transistor ne laisse (pratiquement) plus passer de courant. La tension à prendre en compte est la valeur de V_GS pour laquelle les spécifications garantissent la valeur de R_DS(ON).

Malheureusement, sur ce modèle, les spécifications ne donnent que R_DS(ON)=2Ω pour V_GS=10V.

Les transistors MOSFET utilisables en sortie de micro-contrôleurs sont qualifiés de "logic level", et sont spécifiés pour une R_DS(ON) à V_GS inférieure à 5V, voire moins selon la tension de fonctionnement des circuits logiques (3,3V, 2,5V, 1,8V, etc.).

[PA5CAL]

Par exemple, un transistor MOSFET FDV303N est spécifié pour :
- R_DS(ON)=0,45Ω à V_GS=4,5V
- R_DS(ON)=0,6Ω à V_GS=2,7V

Cela signifie qu'il pourra être commandé par une logique 5V ou par une logique 3,3V.

On peut noter que d'après ses valeurs V_GS(th) (Gate Threshold Voltage), une tension V_GS inférieure à 0,65V garantira un courant de fuite I_D inférieure à 250µA (à 25°C et pour V_DS=V_GS).

[dje8269]

Bonjour ,

Tu peux t'inspirer de ce tutoriel : Lien vers tuto

[gcortex]

Pas de diviseur ! 10K entre sortie du pic et masse.

[invitef3b773df]

Bonjour à tous,

PASCAL: Les transistors MOSFET utilisables en sortie de micro-contrôleurs sont qualifiés de "logic level", et sont spécifiés pour une RDS(ON) à VGS inférieure à 5V, voire moins selon la tension de fonctionnement des circuits logiques (3,3V, 2,5V, 1,8V, etc.).

PASCAL: Par exemple, un transistor MOSFET FDV303N est spécifié pour :

Je comprends mieux maintenant. Merci beaucoup ! C'est idiot à dire mais je suis touché par l'aide que m'ont apportée tous ceux qui ont contribué à cette discussion.

dje8269: C'est en faisant des erreurs; que l'on apprend le mieux !!

Merci pour le lien vers le tuto et oui : j'ai grillé 2 transistors avant de venir ici pour avoir une explication sur ce qui se passait dans mon circuit (...perseverare diabolicum)

gcortex: Pas de diviseur ! 10K entre sortie du pic et masse.

Hulk semblait dire que ça protégeait le MOSFET :

HULK28: La 1K permet de limiter le di/dt lors du chargement de la capacité de la grille.

Du coup j'imagine que si VGS vaut 4.5V au lieu de 5V (à cause du pont diviseur), un MOSFET logic level capable de gérer du 3.3V ou du 5V (avec un RDS(on) spécifié pour les deux) je n'aurais qu'à interpoler les deux valeurs pour trouver la RDS(on) à 4.5V.
Mais peut-être que cette résistance de 1k serait nuisible dans le cas où je voudrais mettre un signal PWM sur la grille (ce qui n'est pas prévu actuellement mais j'y pensais) ?

[PA5CAL]

« gcortex: Pas de diviseur ! 10K entre sortie du pic et masse. »

Hulk semblait dire que ça protégeait le MOSFET

Hulk dit que la résistance de rappel doit être présente. gcortex précise qu'en la plaçant en sortie de micro-contrôleur, la tension de commande n'est pas réduite.



Toutefois, cela ne reste valable que s'il n'y a pas une grande distance entre la sortie du PIC et le transistor MOSFET.

[invitef3b773df]

Merci PA5CAL, ça y est j'ai compris !
Je suis prêt à me lancer
Merci à tous !

[invite03481543]

Comme le MOS possède une capacité de grille (Cgate), il est utile, en général, de ralentir la charge de cette capacité de gate.
Dans votre cas, on peut s'en passer puisque les MOS à commande logique ont une Cgate très faible (prévu pour être piloté par un port de µC directement).

dQ=I*dt=C*dU => I=C*dU/dt

Prenons 2 exemples avec Cgate=50pF et 10nF

Si la commutation se fait en 1µs:
Pour Cgate=50pF
Ipk=50.10^-12*5/1.10^-6=250µA

Pour Cgate=10nF:
Ipk=10.10^-9*5/1.10^-6=50mA

Le µC va pouvoir délivrer 10mA voir 25mA selon le µC, au delà sa tension va chuter fortement et la commande ne sera pas réalisée dans de bonnes conditions ni franche (ce qui généralement se traduit par un fonctionnement du MOS dans sa zone linéaire => échauffement).

Si on reprend le MOS de PA5CAL on voit dans la doc que Cgate vaut 50pF donc aucun besoin de limiter ce courant de charge.
Cette résistance joue également un rôle en CEM, en limitant le di/dt (en mettant une résistance en série avec la gate) on limite donc le rayonnement, c'est surtout valable pour des MOS à capacité de gate plus élevée.
Un µC ne peut charger dans de bonnes conditions des MOS ayant une valeur de Cgate trop élevée, on y ajoute dans ce cas un driver spécialement conçu pour cet usage, ou un étage intermédiaire à transistor pour booster le courant nécessaire.
Nous ne sommes donc pas dans ce cas avec votre schéma et ce MOS.

Donc vous pouvez vous passer de cette 1K,même si on préfèrera ajouter une résistance de faible valeur plutôt que ne pas en mettre du tout.

[invitef3b773df]

Désolé pour la réponse tardive (fuite d'eau à la maison...).

Merci HULK28 pour ton explication. La rapidité de la commutation est-elle propre au PIC (je comprends que la variation de tension dU/dt est imposée par le PIC) ?

J'ai beaucoup de mal à trouver des MOS en TO92 ou en DIP avec une si faible capacité de grille (ça fait tout de suite x10 en TO92).
Le SOT-23 m'a tout l'air d'être un moindre mal : 2mm entre les pattes, j'ai une chance de m'en sortir...

Cela dit un truc me chagrine sur le le MOS de PA5CAL, la fiche technique parle bien de 0.68A "Drain/Output Current Continuous", mais quand on regarde le graphique en bas on voit que cette valeur c'est tolérée en continu que pour un VDS aux alentours de 0.5V :



A vrai dire la doc parle à la fois de VDSS et de VDS.
VDSS c'est peut-être mon alimentation 12V.
VDS c'est peut-être que la tension entre la patte de drain et la patte de source qui, je pense, doit être dépendante du "pont diviseur" formé par mes LEDs (73 ohm) et le RDS(on) du MOSFET (0.45 ohms) cad VDS = 0.074V.

Donc si le graphique parle des 12V de mon alimentation alors c'est fichu. S'il parle de 0.074V c'est bon (mais à pas grand chose près : 0.2A vs 170mA de mes LEDS).
Comment faut-il le comprendre ?

Merci par avance (je suis confus d'enchainer question sur question).

[invite03481543]

Vdss est la tension maximale applicable et supportable par le transistor entre drain et source quand la grille et la source sont en CC.

[invite03481543]

Plus la tension de gate est élevée plus le Rds(on) sera faible, le transistor sera d'autant plus passant que la tension de commande est élevée.

Vu le faible courant de vos leds vous n'avez rien à craindre en mettant 5V en commande (la tension de sortie du µC).
Vous aurez autour de 0.5 Ohms de Rds(on) pour Vgs=5V (votre doc n'est pas encore visible), donc P=0.5*0.15²=11mW sera la puissance dissipée par votre transistor.
Si c'est bien 150mA pour vos leds, sinon je pense que vous avez compris le principe pour refaire les calculs.

[PA5CAL]

Cela dit un truc me chagrine sur le le MOS de PA5CAL, la fiche technique parle bien de 0.68A "Drain/Output Current Continuous", mais quand on regarde le graphique en bas on voit que cette valeur c'est tolérée en continu que pour un VDS aux alentours de 0.5V :

Pièce jointe 377192

Pour préserver le transistor, le courant doit être limité, mais la puissance dissipée (qui provoque son échauffement) doit l'être également.

Le graphique indique [approximativement] un courant maximum de 0,65A pour 0,6V en continu, ce qui correspond à une dissipation de puissance continue de 0,65×0,6=0,39W [environ]. Avec une résistance thermique jonction-air ambiant R_θJA=357°C/W, cette puissance provoque une élévation de température de 0,39×357=139°C [environ] par rapport à la température ambiante !

Pour une impulsion de 100ms, la limite passe à 2A pour 3,2V, soit une puissance de 6,4W. Si le transistor peut supporter une impulsion aussi intense, c'est parce qu'elle est trop courte pour avoir le temps d'augmenter sa température au-delà de la limite permise.

On voit qu'indépendamment de la puissance dissipée, le courant reste limité à 2A, notamment pour des impulsions plus courtes.


Même si la tension permise est très faible, ce n'est pas grave car le transistor est utilisé en commutation, c'est-à-dire idéalement avec une tension nulle à ses bornes quand le courant qui le traverse est important (comme un interrupteur fermé) ou avec un courant nul lorsque la tension à ses bornes est importante (comme un interrupteur ouvert). Dans les deux cas, la puissance dissipée est idéalement nulle.

En pratique, le transistor présente une résistance interne R_DS(ON) quand il est passant, dont la dissipation de puissance limite le courant commuté. Par exemple, si l'on prend comme cas limite une résistance R_DS(ON)=0,8Ω à 125°C et une température ambiante de 50°C (l'été dans une boîte mal aérée), l'augmentation de température de 125-50=75°C correspond à une puissance dissipée de 75/357=0,21W, soit une tension V_DS=√(0,21×0,8)=0,41V et un courant I_D=0,41/0,8=0,51A. Ce fonctionnement en continu reste tout-à-fait acceptable pour ton application.

Toutefois, il vient s'ajouter une cause supplémentaire de dissipation de puissance : comme les commutations ne sont pas réalisées de façon instantanées, durant un délai très court la tension et le courant évoluent en présentant simultanément des valeurs importantes. Par exemple, sur une charge résistive R, la puissance instantanée dissipée atteint son maximum V_DS×I_D=V_CC²/(4R) lorsque V_DS=V_CC/2. Plus les commutations sont lentes et fréquentes, plus la puissance dissipée de cette façon (pertes en commutation) est importante.

Or, la vitesse de commutation dépend du temps que met le courant de la sortie du PIC à charger/décharger les capacités parasites du transistor...

[invitef3b773df]

Bonsoir HULK28, bonsoir PA5CAL,

Encore désolé pour la réponse tardive (changement de chauffe-eau finalement...).
Merci pour toutes vos explications. J'avoue que si je comprends toutes les formules que vous avez écrites, il me manque tellement de bases que j'ai du mal à voir quelles sont les prémisses, les liens de causalités, etc... Du coup je sens venir la série de questions sans fin (si si, j'en suis capable )...
Bref... dans un premier temps je vais commander le MOS de PA5CAL, faire mes petites expériences et je vous tiendrai au courant ! . Ca risque de prendre quelques semaines (je vais avoir moins de temps que les semaines passées) mais je vous ferai un retour et j'espère vous faire voir les LEDs en action sur mon quadricoptère .
Merci encore à tous les intervenants de ce fil de discussion et à bientôt !

[PA5CAL]

Le transistor MOSFET que j'ai cité n'était qu'un exemple. Le meilleur transistor reste quand même celui qui, parmi tous ceux qui pourraient convenir à l'application (d'après les infos de leur datasheet), présente les meilleurs avantages (boîtier facile à souder notamment) et peut être obtenu dans les meilleures conditions (prix, disponibilité, délai de livraison, etc.).

[invitef3b773df]

Bonsoir,

J'avais dit que je vous tiendrai au courant : ça devait prendre quelques semaines et il m'a finalement fallu 10 mois pour trouver le temps de m'y mettre.
Mais voilà, c'est fait :



Le PIC analyse le signal PWM basse fréquence et faible duty issu du contrôleur de vol et le transforme en signal PWM haute fréquence et de duty variant entre 0 et 100%. Et grâce à vous j'ai pu câbler tout ça correctement et choisir les bons composants.
Merci encore pour votre aide !

[invite03481543]

C'est bien d'avoir fait l'effort de donner ce retour.