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Protection d'un circuit électronique contre inversions et court-circuits



  1. #1
    Arkaik

    Protection d'un circuit électronique contre inversions et court-circuits


    ------

    Bonjour à tous,

    J'ai récemment cramé quelques composants électroniques suite à un connecteur que j'ai câble en inverse

    J'aimerai donc améliorer mon circuit pour pouvoir le protéger contre les inversions de polarités dans le futur (et au passage contre les court circuits).

    Je suis novice en réalisation de circuits électroniques et de PCB et j'utilise d'habitude des circuits déjà tout fait que je relie entre eux.
    J'aimerai progresser dans ce domaine et je pense que cet exercice s'y porte bien.

    Présentation du projet

    La carte que j'ai développée me permet de contrôler des circuits d'eau grâce à des pompes à membrane en 12V.

    Les pompes sont contrôlées grâce à une carte Raspberry Pi 4 et un programme qui commande l'ouverture et la fermeture de relais.

    En plus du contrôle des pompes, la carte distribue le 12V vers différents appareils qui fonctionnent tous en 12V (écran, boutons luminescents, ruban de leds, etc...).

    La Raspberry Pi est alimentée par une entrée 5V indépendante du 12V via une carte convertisseur Buck externe.


    Le soucis de cette conception est que si quelqu'un (moi par exemple ) se trompe sur le câblage du 12V en entrée, tous les appareils sont soumis à l'inversion de polarité ce qui peut les endommager.
    En plus si un appareil est en court-circuit pour une raison quelconque, l'alimentation ne se coupera pas si elle n'est pas protégée.



    Pour ces raisons, j'aimerai améliorer ce prototype en rajoutant un bloc de protection juste après le connecteur d'entrée 12V.

    Et tant qu'à modifier la carte, j'aimerai également générer le 5V depuis le 12V.



    Schéma fonctionnel

    Pour alimenter la Rpi, je pense utiliser un Traco Power THL 15-2411WI https://fr.rs-online.com/web/p/conve...soles/1860231/.

    Capture.PNG

    Les seules modifications apportées sont l'ajout du bloc de protection et l'ajout du tracopower.

    Circuit de protection

    Dimensionnement du circuit

    Le principal soucis de mon circuit est qu'il doit laisser passer un courant assez élevé.

    Il y a 4 pompes en tout et chaque pompe peut consommer jusqu'à 2 ampères.
    A cela il faut ajouter la Raspberry Pi 4 qui consomme jusqu'à 15W soit 1.25 ampères à 12V.
    Plus les différents appareils qui consomment au total 2 à 3 ampères supplémentaires

    Soit un total d'environ 12 ampères en courant max.


    A noter que les pompes sont éteintes la plupart du temps et qu'elles ne reste pas allumées longtemps (quelques dizaine de secondes max). Par conséquent, la consommation moyenne du circuit est faible malgré les pics de courant.


    Protection contre les court-circuits

    Étant donné que mon circuit consomme un peu plus de 12 ampère au maximum de charge, je pense qu'un fusible réarmable 14A devrait suffire.

    J'ai trouvé le fusible suivant qui claque à 14A en 200ms maximum : https://lcsc.com/product-detail/Surf...R_C207093.html

    Protection contre les inversions de polarités

    Concernant les inversion de polarités, j'ai cru comprendre qu'une diode Schottky pourrait être une bonne solution étant donné leur faible tension lorsqu'elle sont passantes.

    J'ai trouvé la diode suivante qui devrait convenir : https://lcsc.com/product-detail/Scho...J_C260225.html

    Ce qui donnerai le montage suivant

    Capture2.PNG


    Questions à propos de la solution
    • Viabilité de la solution

      Le circuit de protection me parait étonnement simple, est ce que rajouter ces deux composants suffira vraiment à protéger le circuit ?

      J'ai vu qu'il était également possible de réaliser la même chose avec un mosfet, est-ce une solution préférable, si oui pourquoi ?



    • Choix du fusible

      J'ai vu dans les caractéristiques du fusible qu'il supportait une tension max de 6V, je ne pense pas que cela pose problème étant donné qu'il est en série avec la diode mais je préfères demander au cas où.



    • Choix de la diode

      Concernant la diode, je l'ai choisie car elle a une tension très faible même à 19A (360mV @ 19A ) et qu'elle supporte une tension en inverse de 15V.

      En revanche d'après la datasheet, à 12A, la diode à une tension entre 0.25V et 0.35V soit une puissance entre 3W et 4.2W.

      La consommation en elle même est relativement faible en comparaison du reste du circuit mais la diode ne risque t-elle pas de monter rapidement en température et de se détériorer ?



    • Traco power

      Comme vous avez pu le remarquer, je n'ai pas câblé les pins 4 et 6 du traco power.

      La raison est que je ne sais pas comment relier les signaux Trim et RemoteOn/Off.


      En cherchant un peu dans la datasheet, j'ai cru comprendre que la pin Remote On/Off se contrôlait en tension.

      La pin Remote On/Off doit-elle bien être reliée à +Vin pour que le traco power soit activé ?


      En revanche je n'ai pas trouvé à quoi servait la pin Trim



    N'hésitez surtout pas si vous avez besoin de plus de précisions.


    Merci d'avance.

    -----

  2. Publicité
  3. #2
    gienas
    Modérateur

    Re : Protection d'un circuit électronique contre inversions et court-circuits

    Bonsoir Arkaik et tout le groupe

    Citation Envoyé par Arkaik Voir le message
    ... J'aimerai donc améliorer mon circuit pour pouvoir le protéger contre les inversions de polarités dans le futur (et au passage contre les court circuits) ...
    Tu as trouvé tous les composants pour réaliser tes protections, mais je suis surpris que tu n'aies pa pensé à une solution archaïque qui présente même un [B]avantage [/Bar rapport à ton idée.

    La diode, au lieu de la mettre en série, tu la mets en parallèle, de telle sorte qu'elle s'oublie et ne modifie rien, si la polarité est la bonne.

    Généralement, une tension inférieure à un volt ne détruit pas les circuits si elle est inversée.

  4. #3
    invite03481543

    Re : Protection d'un circuit électronique contre inversions et court-circuits

    Pour des courants élevés et si vous disposez d'un uC vous avez également une solution utilisée dans le milieu automobile, le Profet (ref BTS555).
    Il permet toutes les protections, inversion, court-circuit et joue le rôle de relais de puissance.
    Pour compléter la proposition de gienas, une solution active simple consiste à utiliser un relais et à placer une 1N4004 en série avec la bobine.
    Si bous branchez l'alim à l'envers la diode est bloquée et le relais reste ouvert.
    En cas de court-circuit c'est le fusible qui protègera.

  5. #4
    Arkaik

    Re : Protection d'un circuit électronique contre inversions et court-circuits

    Tout d’abord, merci pour vos réponses.

    Citation Envoyé par gienas
    La diode, au lieu de la mettre en série, tu la mets en parallèle, de telle sorte qu'elle s'oublie et ne modifie rien, si la polarité est la bonne.
    Je suis tombé sur ce genre de montages avec la diode en parallèle, cathode au positif de l'alimentation pendant mes recherches.


    Ce que je ne comprends pas avec ce montage, c'est ce qu'il se passe lorsque la tension est inversée.
    Logiquement la diode deviens passante et donc une tension égale à la tension de la diode est appliquée aux bornes de l'alimentation et du montage.

    Que se passe t-il dans ce cas là ?

    Citation Envoyé par gienas
    Généralement, une tension inférieure à un volt ne détruit pas les circuits si elle est inversée.
    Ok pour les appareils, je peux vérifier pour chacun qu'un d'entre eux supporte une tension entre 0V et -1V.

    Par contre que se passe t'il au niveau de l'alimentation lorsque la tension appliquée à ces bornes est 1V alors qu'elle est en 12V ?



    Citation Envoyé par HULK28
    Pour des courants élevés et si vous disposez d'un uC vous avez également une solution utilisée dans le milieu automobile, le Profet (ref BTS555).
    J'ai regardé la datasheet du composant et j'avoue que ça me dépasse.
    La mise en œuvre de ce composant me parait légèrement plus complexe que mon circuit initial. J'y reviendrais peut être lorsque j'aurais monté en compétences.

  6. A voir en vidéo sur Futura
  7. #5
    gienas
    Modérateur

    Re : Protection d'un circuit électronique contre inversions et court-circuits

    Citation Envoyé par Arkaik Voir le message
    ... Ok pour les appareils, je peux vérifier pour chacun qu'un d'entre eux supporte une tension entre 0V et -1V.

    Par contre que se passe t'il au niveau de l'alimentation lorsque la tension appliquée à ces bornes est 1V alors qu'elle est en 12V? ...
    Il est bien évident que la diode doit être dimensionnée pour supporter sans bouger le courant que devra supporter le fusible avant de couper.

    Dans le sens normal, la diode est bloquée, elle ne consomme rien, et l'alimentation reste à sa valeur normale. La seule chute est celle qui se développe aux bornes du fusible, qui doit être considérée comme négligeable.

  8. #6
    polkii

    Re : Protection d'un circuit électronique contre inversions et court-circuits

    Bonjour,

    En guise de piste, tu peut utiliser un MOSFET en protection de polarité. ils ont une résistance plus faible que les diodes, un avantage pour les forts courants. Voici un exemple de montage :

    Nom : 6h0et.png
Affichages : 50
Taille : 34,0 Ko

    Bien sur, il faut changer de réference du MOSFET, ça se trouve facilement du plus de 12A. La diode zener en aval est à adapter pour protéger le MOSFET.
    Dernière modification par polkii ; 28/01/2020 à 11h16.

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  10. #7
    invite03481543

    Re : Protection d'un circuit électronique contre inversions et court-circuits

    La zéner n'ayant pour rôle que de protéger le MOS d'une tension gate-source non destructive, le mieux est encore d'utiliser une zéner de 12V qui permettra une conduction maximale du MOS.
    Les MOS de puissance ayant une tension Vgs(max) > 15V.
    Exemple:
    https://www.onsemi.com/pub/Collateral/FDS6681Z-D.PDF

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