Gestion de 4 alimentations en parallèle

[trendkiller]

Bonjour,

Je suis en train de faire un design et j'aimerais quelques avis sur comment mettre en œuvre 4 alimentations en parallèle.
J'explique :
J'ai une carte électronique qui a 4 sources potentielles d'alimentations.
- trois alim de 5V5 à 32V
- une provenant d'un bus USB.

Je dois fournir du 3V3 avec ça. Toutes les combinaisons d'alimentation sont possibles, une seule en même temps, 2 en même tps, etc...ne sachant pas si elles vont être à 5V5 ou 32V non plus.
Elle ne sont pas forcément non plus toutes connectées.

Dans le cas le plus simple, j'imaginais les traditionnelles diodes en série sur chaque tension avant d'attaquer un buck à 3V3. Ça peut se faire sans soucis ? s'il y a des risques, y a-t-il des moyens de protection supplémentaires ? plus efficaces ? etc...

Dans un cas un peu plus complexe, j'imaginais définir un système de priorité fixe indépendant de la valeur de la tension d'entrée, car avec le système à diode, la tension la plus élevée prend le dessus sur les autres. Peut-on faire ce genre de chose simplement ?

Merci pour votre aide.
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[f6bes]

Bjr à toi,
Fais nous un croquis de ce que tu veux réaliser.
N'oublie pas...avec des diodes c'est l'ALIMENTATION la plus élevée qui prédomine...
les autres ne font...RIEN comme tu le présumes.
Si tu veux prioriser les entrées va falloir définir et APPLIQUER des critéres de sélection.
Donc faire des " choix" soit manuellement soit suivant une procédure automatique( que tu devras définir ).
C'est donc pas...."simplement"...si n'écessite un processeur qui va gérer le choix .
Bonne journée

[Antoane]

Bonjour,

Dans le cas le plus simple, j'imaginais les traditionnelles diodes en série sur chaque tension avant d'attaquer un buck à 3V3. Ça peut se faire sans soucis ? s'il y a des risques, y a-t-il des moyens de protection supplémentaires ? plus efficaces ? etc...

Dans un cas un peu plus complexe, j'imaginais définir un système de priorité fixe indépendant de la valeur de la tension d'entrée, car avec le système à diode, la tension la plus élevée prend le dessus sur les autres. Peut-on faire ce genre de chose simplement ?

Le "OU" à diodes est le plus simple et ça marche bien, mais effectivement : c'est l'alimentation avec la plus haute tension qui alimente le circuit.
Il n'y a pas grand chose à ajouter pour que le circuit fonctionne, même si un fusible par ligne peut protéger. De préférence, utiliser des schottky pas trop sur-dimensionnées en tension et sur-dimensionnées en courant pour limiter les pertes dans les diodes.


On trouve des circuits intégrés gérant la priorité des alimentations. Tu peux regarder du côté des circuit "powerPath", ou "power source prioritizer".
Par exemple : http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tps2120.pdf en tout intégré
ou https://www.analog.com/media/en/tech...eets/4417f.pdf avec transistors externes.
https://forums.futura-sciences.com/e...m-externe.html
https://forums.futura-sciences.com/e...dc-design.html
Ca peut aussi se faire en DIY...

[Qristoff]

Salut,

Il n'y a pas grand chose à ajouter pour que le circuit fonctionne, même si un fusible par ligne peut protéger. De préférence, utiliser des schottky pas trop sur-dimensionnées en tension et sur-dimensionnées en courant pour limiter les pertes dans les diodes.

On aura de la perte dans les diodes irrémédiablement, mais pour des aspects sécuritaires et si les tensions le permettent, je pense que 2 diodes en série seraient préférables pour chaque entrée. Cela augmente très largement la probabilité de mettre en court-circuit 2 sources.

[A voir en vidéo sur Futura]

[trendkiller]

Hello,

Merci pour vos réponses.
Je vais aller au plus simple avec les diodes Schottky série, j'avais bien en mémoire que la plus grande tension prenait le dessus. Petite question, si 2 tensions se retrouvent quasi identique à quelques dizaines de mV près, les courant pompées dans chaque alim vont s'équilibrer....?

Sur l'arrivée de chaque alim j'imaginais une transil pour les ESD suivi de la diode schottky en série pour protéger chaque alimentation (si je ne me trompe pas ça protégera aussi des inversions de polarité...) puis on attaque la partie commune du régulateur (step down)...je placerai peut-être également un fusible en entrée de régulateur, au cas ou un truc en CC pomperait trop en aval du régulateur...
Je ne pense pas protéger contre les surtensions permanentes.

[f6bes]

Bjr à nouveau,
A mon sens ( ce n'est QUE mon avis) comme il n'y a pas égalité, ce serait toujours la plus élevée
qui prédominerait.
Mais la prédominance risque de ne pas durer bien longtemps et cela pourrait balloter (passer)
de l'une à l'autre....successivement en qq instants.
Bonne journée

[Antoane]

Bonjour,
L'idée "C'est la plus forte qui fournie le courant" est une simplification valble lorsque les sources ont des différences de tenson suffisantes deux à deux, eg > 1 V. Dans le cas contraire, comme les điodes ne sont pas parfaites, elles conduisent un peu et la charge est partagée par les sources C'est visible dans la simulation ci-dessous, où une charge I1 consommant un courant constant de 1A est almentée avec un OU à diodes par une source de 5V (courbe rouge) et une source variant de 4 a 6 V (courbe turquoise) sur la durée de la simulation.

On voit que :
- le courant alimentant la charge provient de la source S2 (au travers de D2) lorsque la tension délivrée par l'autre source est << 5 V (pour t<470 us)
- le courant alimentant la charge provient de la source variable (au travers de D1) lorsque la tension qu'elle delivre est >> 5V (pour t> 530 us)
- que le courant est partagé par les sources lorsqu'elles ont des tensions similaires.
En pratique. ce résultat sera a pondérer par les caractéristiques exactes des diodes.

[trendkiller]

Hello,

Oui effectivement, je l'ai simulé ce matin aussi, mais plutôt en mettant une alim à 15V, l'autre à 15V1 et les autres à 0V. Les 2 premières conduisent et fournissent le même courant par contre.

J'ai une autre question tant que j'y suis. Je suis entrain de placer une self de mode commun sur la ligne d'entrée du régulateur, je pense qu'une self suffit avec les 4 alims connectées dessus, ou alors il y aurait une nécessite à en mettre une par ligne d'alimentation avant d'attaquer le régulateur ? J'envisage éventuellement partir sur cette solution à 4 self, ça simplifiait mon routage au niveau des masses en fait, avec une self, je me retrouve avec 4 masses d'entrées séparées à gérer...

[Biname]

Salut,
Pourquoi pas quatre convertisseurs 'buck'(voire boost) dont un processeur pilote le découpage alternant d'une source à l'autre selon l'état des sources. Une seule inductance suffirait peut être ? Faudrait trouver le courage de sortir un papier et un crayon ou LTSpice.

[trendkiller]

Salut,

C'est une bonne idée, j'avais effectivement pensé à mettre 4 convertisseurs, mais en terme de coût et de place ce n'est pas ce qu'on fait de mieux ^^

[Antoane]

Bonjour,

Pourquoi pas quatre convertisseurs 'buck'(voire boost) dont un processeur pilote le découpage alternant d'une source à l'autre selon l'état des sources. Une seule inductance suffirait peut être ? Faudrait trouver le courage de sortir un papier et un crayon ou LTSpice.

Ce n'est pas évident car les MOSFET auront des diodes internes court-circuitant les sources. Il faudrait donc rendre les transistors de découpage bidirectionnels. C'est possible, mais on se rapproche d'une topologie du genre "power source prioritiser" avec plusieurs bucks. Dans ce cas, il devient préférable d'utiliser un power source prioritiser, et probablement un unique buck.

pour les inductances de MC, il faut au choix :
- une bobine à 2 enroulements par source, avec un enroulement par fil
- une bobine avec 5 enroulements : 1 pour le GND et 1 pour chaque source
- une bobine avec deux enroulements, cette bobine étant connectée après le OU à diodes.
Le choix dépend des composants disponible (la 2e solution n'est pas accessible sur étagère) et de ce qu'il faut filtrer.

[Biname]

J'avais fait un 'truc' qui semble tourner sans PB sur LTSpice ... à paufiner ! 4 Mosfets, 4 résistances, 4 condensateurs, une inductance, une diode roue libre et un processeur.
Le voici 'un peu' embelli

Biname

[Biname]

Dans mon LTspice, une capacité fossile de 0.2 F // à l'inductance est à annuler, ceci explique des comportements bizarres

Biname

[Antoane]

Bonjour,

Les MOSFET ne sont pas bien commandés, il faudrait des tensions en Vgs = 0/10V pour être capable de fournir de la puissance et ne pas avoir "trop" de pertes"

Cela fonctionnera seulement si on utilise la source de tension la plus basse pour alimenter le circuit. Sans cela, il existe un chemin direct entre les sources :

[Biname]

Normalement ce Mosfet commute au delà de 2V ! Passer les commandes à dix volts sur le schéma est très simple ! Ca ne change rien ...

Oui pour le chemin via la diode 'body', placer une diode entre les sources des mosfets et Chop devrait résoudre ce problème.

LTspice montre des choses étranges, faudrait y passer un peu de temps ...
- courant de diode roue libre quasi nul (~100uA)
- la tension Chop ne monte jamais au dessus de ~5V et aucun courant ne 'remonte'

Sans la régulation établir une charge n'est pas simple ... etc

Biname

[Antoane]

Bonjour,

Normalement ce Mosfet commute au delà de 2V !

J'avais pas noté que ce mosfet est spécifié dès 2.5 V, avec une rdson_max de 280 mOhm (https://fscdn.rohm.com/en/products/d...tf016n05-e.pdf)

Le fonctionnement étrange vient principalement de l'étage de commande des mosfet : Le circuit RCR utilisé pour décaler la tension de commande en en mettant la valeur moyenne (si c'est bien l'objectif) au potentiel de la source ne fonctionne pas car ce potentiel doit varier rapidement par rapport à la masse. Il faut donc un driver high-side adapté.
Il est préférable d'utiliser une source de courant ou une résistance comme charge : le buck étant une source de tension, le courant dans l'inductance est sinon fonction des éléments parasites du montage et des résistances shunt.
L'inductance est sans doute un peu faible par rapport à la fréquence de découpage et des résistances parasites.

Oui pour le chemin via la diode 'body', placer une diode entre les sources des mosfets et Chop devrait résoudre ce problème.

Ok. En pratique, on la préférera en série avec la source de tension, avant le découplage, pour limiter les inductances parasites.

Finalement :

[Biname]

ooooops #2 : les 4 sources de tension de commande sont configurées avec une résistance série interne de 1K, la ramener à 100 ohms ou moins ! Avec les 1K sur grille-Chop, on divise la tension ... raison de tes 10V ??? Encore un fossile

Ca commence à fonctionner correctement ...

Biname

[Biname]

ooops #3 : inductance : une résistance // de 0.1 ohms configurée au lieu d'une résistance série ... ça change beaucoup beaucoup de choses
Je vais changer de pseudo !

Biname