Protection circuit et alimentation microcontrolleur

[Bouteille51]

Bonjour,

après m'être amusé à programmer un microcontrolleur ces dernières semaines, j'aimerais concevoir le circuit qui va avec.
Cependant l'electronique n'est pas mon domaine et il y a quelques concepts comme la protection du circuit que je ne sais pas comment aborder.

Le circuit est alimenté par une tension de 5V et le microcontrolleur (un pic 16F1765) est principalement utilisé pour l'ADC et le DAC intégrés (mapping de tension).
La consommation totale du circuit est estimée entre 50mA et 200mA mais n'excedera jamais 300mA.
Je souhaiterais protéger le circuit contre les surtensions (jusqu'a 120VDC si possible) ou l'inversion de polarité en entrée.

D'après ce que je lis, une solution simple serait l'utilisation d'une diode zener 5V asociée à un fusible rearmable (polyswitch).

Les questions:

1. Cependant, que se passe-t-il si l'alimentation varie légèrement entre 5V et 5.5V ?
Est-ce que la zener devient completement passante et le courant n'alimente plus du tout le microcontrolleur, ou bien la zener maintient-elle les 5V a ses bornes en dissipant l'energie supplémentaire comme un régulateur linéaire ?

2. J'aimerais également de l'aide pour dimensionner les composants.
Pour le polyswitch j'envisage un modele comme celui-ci: PolySwitch TRF600 Series, 150 mA, 300 mA, 250 VDC
Ca fait peut etre gros mais vous me confirmez qu'il faut une tension supérieure ou égale à la tension de protection et pas de service ?
Ca a l'air correct sinon ?

3. Pour la zener il faut qu'elle soit capable de dissiper le courant de court-circuit jusqu'à ce que le polyswitch déclenche (jusqu'a quelques secondes d'apres la datasheet) ?
Ce courant dépend de ma source (batterie li-ion) ? 120V (tension max de protection, pas de service) sous 30A ca parait beaucoup même pour pas longtemps, faut-il le limiter ? Si oui comment ?

4. A ces niveaux de puissance, est-ce que le couple Zener+Polyswitch est raisonnable ou vaudrait-il mieux envisager un circuit type crowbar ?


Merci pour votre aide !
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[penthode]

hello ,

pourquoi l'alim passerait elle à 120 volts ? et pourquoi pas 115 ou 125 ?

[Bouteille51]

Désolé je nai pas expliqué le contexte, c'est un accessoire pour vélo electrique.
Dans un fonctionnement normal l'alimentation provient d'un 5v régulé par le controlleur.

Les 120V pourraient venir d'un mauvais branchement, c'est à dire l'utilisateur qui branche directement sur la batterie au lieu du 5v régulé...
Je n'en suis pas fier mais ca m'est arrivé sur un controlleur qui était bien protégé car il a survécu... D'ou mon envie de protéger mon circuit également.

[penthode]

méfiance toutefois....

trop de protections fini par tuer la fonction....

à ta place ( mais je n'y suis pas )

j'envisagerais un connecteur propriétaire sur le circuit 5V,
ce qui suffit pour faire un système " idiot proof" bon marché et simple

[A voir en vidéo sur Futura]

[Antoane]

Bonsoir,

Tu peux regarder https://www.analog.com/media/en/tech...s/436612fe.pdf
ou plus généralement : https://www.analog.com/en/parametricsearch/11394 & https://www.analog.com/media/en/tech...e-Stoppers.pdf

ou encore : http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm5069.pdf
ou http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tps2400.pdf
ou plus généralement : http://www.ti.com/power-management/p...l&p849=100;110

Et ça existe aussi chez d'autre fondeurs.

[invite03481543]

Désolé je nai pas expliqué le contexte, c'est un accessoire pour vélo electrique.
Dans un fonctionnement normal l'alimentation provient d'un 5v régulé par le controlleur.

Les 120V pourraient venir d'un mauvais branchement, c'est à dire l'utilisateur qui branche directement sur la batterie au lieu du 5v régulé...
Je n'en suis pas fier mais ca m'est arrivé sur un controlleur qui était bien protégé car il a survécu... D'ou mon envie de protéger mon circuit également.

Bonsoir,

je ne vois pas comment vous pouvez avoir du 120V (DC) sur une vélo électrique.
Et encore moins comment l'utilisateur peut avoir accès à une tension létale...
Expliquez un peu plus cette situation svp.

[Bouteille51]

Bonsoir,

je ne vois pas comment vous pouvez avoir du 120V (DC) sur une vélo électrique.
Et encore moins comment l'utilisateur peut avoir accès à une tension létale...
Expliquez un peu plus cette situation svp.

Bonsoir et merci pour votre réponse,
Effectivement 120V c'est une limite qui parait exagérée, mais qui ne l'est peut-être pas tant que ça dans le domaine des 'experimentateurs ebikes' (26S Li-ion)... Ce qui n'est pas mon cas (14S 'seulement' + BMS).
Je pensais que quitte à protéger un circuit, autant faire pour le mieux mais peut-être est-ce trop ambitieux ou contraignant dans ce cas ?

[Bouteille51]

Merci Antoane, je vais regarder cela de plus près ce qui va me demander un petit peu de temps.

Il me semble cependant que ces solutions intégrées soient bien loin d'une simple diode avec un polyswitch.
Est-ce que cette méthode est trop simpliste ou théorique ?

[Bouteille51]

méfiance toutefois....

trop de protections fini par tuer la fonction....

à ta place ( mais je n'y suis pas )

j'envisagerais un connecteur propriétaire sur le circuit 5V,
ce qui suffit pour faire un système " idiot proof" bon marché et simple

Oui dans le domaine des vélos électriques 'customs' certaines connectiques ont la côte comme le 'higo' ce qui limite les risques de confusion. J'y pense, mais souvent on se retrouve avec des liasses de fils à connecter soi-même et une erreur est vite arrivée...

[invite03481543]

Quand vous dites "custom" j'entends par là vélos non homologués.

Les batteries pour vélos électriques ne dépassent pas 48VDC (nominal) pour cette raison de sécurité.
En LFP cela porte à 15S le BMS.

Il y a également une raison liée aux moteurs disponibles, 24V, 36V et 48V, au delà le prix du moteur grimpe vite et sont prévus pour des scooters (57V -> 18S, 64V -> 20S et 96V-> 30S).

Je pensais que quitte à protéger un circuit, autant faire pour le mieux mais peut-être est-ce trop ambitieux ou contraignant dans ce cas ?

Les contraintes font partis du CdC, dès lors que vous êtes au-delà de 48VDC tout doit être mis en oeuvre pour éviter le contact direct (ou avec un outil), ainsi qu'une éventuelle inversion de câbles ou connecteurs.
C'est pour cela que votre batterie de vélo n'est forcément pas homologuée.
Donc attention aux risques bien réels, notamment en cas d'accident, de chutes, etc. pour vous et surtout pour les autres.

[invite03481543]

Exemple de trottinette avec batterie non homologuée:
https://www.koreus.com/video/trottin...explosion.html

Ca devrait faire réfléchir....
Surtout que là il s'agit d'une batterie plus petite que sur un vélo.
Donc bien choisir son BMS et son chargeur.

[penthode]

fichtre , ça vaut une grenade incendiaire !!!!

ça fait un moment que je me pose la question pour les voitures électriques

m'assoir au dessus de quelques kW.h d'accus plus ou moins stable...

je préfère rouler en voiture à GAZ

[invite03481543]

Non ça n'a rien à voir.
Ce qui est montré ici c'est ce que vous trouvez sur les sites habituels dont je ne ferai évidemment pas la pub.
Pas cher => pas homologué, pas contrôlé, design de l'électronique de protection totalement nul.

Tout le contraire des batteries automobiles soumisent à l'ISO26262 et ASIL, avec des certifications et homologations rigoureuses.

C'est bien là tout le problème, la confusion des genres qui laisserait penser que tout est fait comme dans cette vidéo...

[Bouteille51]

Bonjour et merci pour vos messages.
Effectivement je suis bien conscient des dangers liés aux batteries au lithium, mais un rappel ne fait jamais de mal.

Cela-dit, le circuit en question n'est pas destiné à être alimenté directement par la batterie, mais par le contrôleur qui délivre un 5V régulé.
En théorie le circuit ne verra jamais autre chose que ce 5V, en pratique je sais qu'il peut y avoir confusion et je voulais protéger mon circuit contre une éventuelle erreur.
Quitte à protéger je préférais surdimensionner.

[Bouteille51]

Merci Antoane,

après avoir regardé les liens fournis, il semble que le tps2400 ou le LTC4366 pourraient effectivement convenir.
Il me semble que le tps2400 deconnecte l'entrée au lieu de court circuiter et de s'appuyer sur un fusible.

Mais est-ce que les solutions à base de composants discrets que j'évoquais dans le premier post sont inadaptées ?

[Bouteille51]

Désolé pour ce petit up mais vous auriez des suggestions pour les questions 1 à 4 du premier post ?
A moins que ces questions ne soient pas pertinentes vis à vis du projet ?

[Antoane]

Bonsoir,

après avoir regardé les liens fournis, il semble que le tps2400 ou le LTC4366 pourraient effectivement convenir.
Il me semble que le tps2400 deconnecte l'entrée au lieu de court circuiter et de s'appuyer sur un fusible.

Le TPS2400 déconnecte la sortie lorsque la tension est trop élevée tandis que le LTC4366 limite la tension de sortie. Dans le premier cas, le circuit aval n'est plus alimenté alors qu'il l'est dans le second. Cela impose, en particulier, des contraintes différentes sur le transistor série, qui n'a pas besoin de (TPS...) ou doit (LTC...) pourvoir dissiper de la puissance.
Tous deux sont prévus pour pouvoir fonctionner avec un déclenchement relativement fréquent de la sécurité et ne brulent pas de fusible à chaque fois.


Je ne suis clairement pas spécialiste de ce genre de circuit mais la solution à zener & polyswitch me parait un peu dangereuse ou impose, a minima, de soigneusement dimensionner le circuit : il faut que la zener puisse absorber le pic de courant transitoire sans que la tension à ses bornes ne croisse assez pour endommager le circuit aval. Il faut également qu'elle puisse absorber l'énergie dissipée.
Il faut également traiter les cas où la tension est "légèrement" au-dessus de 5 V : la résistance équivalente du montage est-elle alors suffisamment faible pour assurer un déclenchement de la sécurité sans que le circuit aval soit endommagé ?

1. Cependant, que se passe-t-il si l'alimentation varie légèrement entre 5V et 5.5V ?
Est-ce que la zener devient completement passante et le courant n'alimente plus du tout le microcontrolleur, ou bien la zener maintient-elle les 5V a ses bornes en dissipant l'energie supplémentaire comme un régulateur linéaire ?

Une zener a une caractéristique inverse plus ou moins abrupte, avec un coude placé à un niveau plus ou moins stable et précis...

3. Pour la zener il faut qu'elle soit capable de dissiper le courant de court-circuit jusqu'à ce que le polyswitch déclenche (jusqu'a quelques secondes d'apres la datasheet) ?
Ce courant dépend de ma source (batterie li-ion) ? 120V (tension max de protection, pas de service) sous 30A ca parait beaucoup même pour pas longtemps, faut-il le limiter ? Si oui comment ?

Le courant dépendra marginalement de la batterie, il sera principalement limité par le reste du montage, en particulier par le polyswitch.

4. A ces niveaux de puissance, est-ce que le couple Zener+Polyswitch est raisonnable ou vaudrait-il mieux envisager un circuit type crowbar ?

Un avantage du crowbar est qu'il permet, au prix d'un composant grillé à chaque mise en sécurité, de tenir de fortes tensions avec un fusible pour unique composant HT.
ça ne me semble pas un choix délirant dans ton cas.