Polyswitch et ESD Diode

[trendkiller]

Bonjour,

Toujours dans le cadre de quelques posts précédents sur les protections, j'ai encore besoin de quelques éclaircissements sur un autre point.

J'ai une entrée d'alim qui peut aller de 5V5 à 32V (consommation de 20mA à 1.5A selon les besoins du montage), j'aimerais protéger cette entrée contre les surtensions continues (60V environ / mon régulateur derrière support 60V en entrée), les ESD et également avec un fusible en cas de surintensité sur la ligne. J'avais pensé à un polyswitch car réarmable.

J'avais déjà placé une transil de 33V en entrée avec un Clamp à 53V. Évidemment si j'envoie 60V en continue sur la diode transil elle va cramer. Je pensais mettre le polyswitch juste avant comme ça il aurait limité le courant dans la transil en cas de surtensions continue et aurait aussi bloqué en cas de court-circuit en aval.
La question que je me pose, c'est s'il y a une décharge ESD, comment va réagir le polyswitch puisque c'est lui qui sera en amont de tout ?

Ou alors vaut-il mieux le placer après la diode ESD, mais dans ce cas, comment protéger en surtensions continue sans que la transil pète ?
-----

[Qristoff]

Salut,
En amont de ton régulateur, tu peux déjà envisager un limiteur de tension à base de transistor+zener pour réduire la tension permanente de 60V à 40V par exemple.
Pour les transitoires rapides, il faut voir ce que l'ensemble supporte.

[trendkiller]

Salut,

Quel est l"intérêt de réduire de 60V à 40V ? le régulateur les supporte, les capa aussi...

[Vincent PETIT]

Salut,
Il y a plusieurs possibilité, j'en propose une avec des explications qui sont communes avec ton précédent message https://forums.futura-sciences.com/e...ml#post6669729 par contre j'espère qu'il n'y a pas trop de lien car c'est souvent une très mauvaise idée de multiplier les messages sur le même sujet, on éparpille les informations utiles et à la fin on est tous à côté de la plaque dans les réponses.



S1 est un fusible réarmable
S2 est un fusible thermique à quasiment coller à la varistance, optionnel il sert à sauver les miches de la varistance qui souffrira beaucoup de la dissipation thermique.
Z1 la varistance

Si le montage consomme anormalement, le fusible est calibré pour s'ouvrir. Si une surtension arrive, la varistance va réagir, sa résistance va baisser forçant un courant à la traverser via le fusible et ce dernier va s'ouvrir. Il faut dimensionner la varistance + le fusible correctement pour que le couple réagissent à un courant trop important (provenant d'une surtension ou d'un dysfonctionnement de ton montage).

C1 et L1 forme un filtre CEM de mode différentiel

D1 peut être une transil de secours qui va agir si le couple S1 et Z1 laisse passer un transitoire trop rapide. La transil est rapide et écrête de manière moins variable que la varistance mais à énergie à dissiper égale, la transil ne peut pas encaisser autant que la varistance. C'est une des raisons pour laquelle c'est souvent des varistances qu'on rencontre en amont des alimentations. Comme C1 et L1 atténuent les transitoires rapides la transil en sera d'autant plus soulager.


ps : Si dans mes schémas je place mes transil en tête c'est par habitude et pour des raisons très particulières liées à mon ancien métier. Comme je développais des appareils avec de la sûreté de fonctionnement (détecteur de gaz explosif et toxique) les défauts de ceux-ci devaient être déterminés, dit autrement si quelque chose crame l'état de défaut doit être connue à l'avance. Une transil meurt quasiment tout le temps en court-circuit, ça veut dire que si tu perds son pouvoir de protection tu le sais car l'appareil est en court-jus et les personnes sur le site dangereux savent que le détecteur ne fonctionne plus. Le pire étant d'avoir l'impression que l'appareil surveille le niveau de gaz alors qu'il est en panne ou est en mode dégradé. Avec une varistance le soucis c'est qu'elle meurt en circuit ouvert, si elle crame l'appareil fonctionne normalement mais il est vulnérable et moins fiable sauf personne ne le voit. En sûreté de fonctionnement ce n'est pas acceptable, l'appareil doit être fiable, il a le droit de tomber en panne mais ça doit se voir de manière certaine.

[A voir en vidéo sur Futura]

[trendkiller]

Bonjour,

C'est le même projet, mais la on parle de l'alimentation, précédemment c'était des entrées analogiques.
Il y a quand même un lien avec ce sujet par contre https://forums.futura-sciences.com/e...ml#post6668328
C'est vrai que là pour le coup j'aurais dû lier parce qu'il y a les 4 sources d'alimentation.

Ceci dit, je vais regarder demain, je n'ai pas encore idée de ce qu'est capable de faire une varistance sur une dissipation en surtension continue.
En tout cas, j'ai quand même une question :

- Si S2 s'ouvre, alors Z1 n'agit plus, c'est D1 qui risque de cramer du coup en surtension continue...? ok tout dépend de comment elle est calibrée, etc...mais j'ai déjà fait un calcul pour tenir de la surtension continue, c'est pas forcément son rôle et il faut la surcalibrer.

- Pour quoi S1 ne pourrait-il pas jouer le rôle de S2 ? si la varistance se met à conduire cause surtension, le courant dans S1 va augmenter. Si S1 est calibré pour tenir le courant de la carte et que Z1 pompe suffisamment de courant pour dépasser le seuil du fusible alors il se mettra en circuit ouvert ?

- En reprenant le post que je cite plus haut avec mes 4 alimentations en parallèle avec mes Schottky de protection. Il faut obligatoirement placer ce circuit de protection avant chaque Schottky ou on peut se permettre de le mettre après en commun pour toutes? je pense plus à mettre un circuit de protection pour chaque ligne, j'imagine les schottky cramer si Z1 se met à conduire...

[Vincent PETIT]

Bonjour,
C'est ce que je craignais, en éparpillant un sujet en plusieurs petites questions dans plusieurs messages on limite le nombre d'intervenant et ça c'est embêtant. Moi j'ai suivi tes messages et fait le lien entres eux, je peux donc répondre, mais celui qui n'a pas vu l'ensemble aura du mal à le faire.

Comme tes sujets sont concernent la protection, des entrées analogiques mais aussi des alimentations, je pense que le mieux c'est de ne plus intervenir dans les autres discussions et qu'au message suivant tu réexposes le problème (les questions) dans sont intégralités. Voilà mon schéma de principe, je veux protéger là et là, on t'impose peut être les composants, les tensions max de protection, le contexte s'il y en a un, ...

- Si S2 s'ouvre, alors Z1 n'agit plus, c'est D1 qui risque de cramer du coup en surtension continue...? ok tout dépend de comment elle est calibrée, etc...mais j'ai déjà fait un calcul pour tenir de la surtension continue, c'est pas forcément son rôle et il faut la surcalibrer.

En effet, si Z2 s'ouvre la varistance n'agit plus mais il faut le voir autrement. Que tu mettes une transil ou une varistance, si elles sont trop secouées elles finissent par mourir. La transil meurt en court-circuit et S1 restera toujours ouvert (modèle sécurisé), la varistance elle fond à cause de la chaleur (modèle qui peut mettre le feu). Cette note d'application en parle, et elle est intéressante https://m.littelfuse.com/~/media/ele...ation_note.pdf

- Pour quoi S1 ne pourrait-il pas jouer le rôle de S2 ? si la varistance se met à conduire cause surtension, le courant dans S1 va augmenter. Si S1 est calibré pour tenir le courant de la carte et que Z1 pompe suffisamment de courant pour dépasser le seuil du fusible alors il se mettra en circuit ouvert ?

S1 est un fusible réarmable tandis que S2 est un TCO (thermal cut-off), un fusible qui a un profil thermique différent. Sans S2, je pense que des réarmements consécutifs de S1 peuvent tuer la varistance car elle n'aura peut être pas le temps de refroidir.

Évidemment il faut bien la dimensionner et quand c'est bien fait il faut quand même bien malmener une varistance pour la faire exploser (emballement thermique).

- En reprenant le post que je cite plus haut avec mes 4 alimentations en parallèle avec mes Schottky de protection. Il faut obligatoirement placer ce circuit de protection avant chaque Schottky ou on peut se permettre de le mettre après en commun pour toutes? je pense plus à mettre un circuit de protection pour chaque ligne, j'imagine les schottky cramer si Z1 se met à conduire...

Tu peux faire un schéma car je ne comprends pas bien.

[trendkiller]

Salut,

Dac c'est très clair.

Voici le schéma, 4 alimentations en parallèle qui doivent attaquer un buck.

J'avais pensé :
- Fusible réarmable --> varistance/fusible thermique --> transil --> Schottky de protection --> puis filtrage en commun pour toute les lignes avant d'attaquer le buck

Mais peut-être qu'une seule transil entre le filtrage et le buck suffirait vu qu'il y a la varistance en amont sur chaque ligne.

[Antoane]

Bonjour,

S2 est un fusible thermique à quasiment coller à la varistance, optionnel il sert à sauver les miches de la varistance qui souffrira beaucoup de la dissipation thermique.

Je ne comprend pas l'intérêt de ce fusible : s'il crame, certes il protège Z1, mais l'agression est alors intégralement transmise au reste du circuit, qui a de bonnes chances d'être détruit. Sans ce fusible, on retarde un peu le moment où l'agression se propage et on peu espérer que lorsque Z1 sera morte, l'agression aura disparu.
Qu'est ce que je loupe ?

[Vincent PETIT]

Bonjour,
Je suis d'accord sur l'analyse mais le problème est réglementaire pour éviter de mettre le feu. La note d'application en parle https://m.littelfuse.com/~/media/ele...ation_note.pdf (page 1), je me permets de traduire pour tout le monde :

If an MOV is subjected to a sustained abnormal over-voltage, limited current condition (as is required in UL 1449), the MOV may go into thermal runaway resulting in overheating, smoke, and potentially fire. For end products to comply with UL1449, some level of protection must be afforded to the MOV to prevent this failure mode. That protection has traditionally been a thermal fuse or Thermal Cut-Off (TCO) device.

Si une varistance (MOV) subit une surtension anormale prolongée, avec un courant limité (comme l'exige la norme UL 1449, UL vise le marché des USA), il peut s'emballer thermiquement et provoquer une surchauffe, de la fumée et éventuellement un incendie. Pour que les produits finis soient conformes à la norme UL1449, un certain niveau de protection doit être accordé au MOV afin d'éviter ce mode de défaillance. Cette protection a toujours été assurée par un fusible thermique ou un dispositif de coupure thermique (TCO).

Si j'ai noté optionnel c'est parce qu'il ne me semble pas avoir vu cette exigence dans les normes CE, toutefois c'est bizarre car vu le rapprochement et l'harmonisation des normes mondiales, on devrait aussi trouver cette exigence dans les produits européens.


CE = marché Européen avec ses normes NF/EN, UL = marché Amérique du nord et CSA = marché Canada

[Antoane]

Ok, merci.

[Vincent PETIT]

Salut,
Je n'avais pas vu la question

Mais peut-être qu'une seule transil entre le filtrage et le buck suffirait vu qu'il y a la varistance en amont sur chaque ligne.

Tu as raison de te poser la question. Suivant comment on positionne les composants de protection ça change un peu les choses.

Si on place la varistance en premier :

- La varistance protège le montage électronique des surtensions arrivant par le câble d'alimentation.
- Le fusible protège l'alimentation, Vcc1 par exemple, au cas où ton électronique viendrait à surconsommer (une panne)

Si on place la varistance après le fusible :

- La varistance protège le montage électronique des surtensions arrivant par le câble d'alimentation et en faisant déclencher le fusible.
- Le fusible protège l'alimentation, Vcc1 par exemple, au cas où ton électronique viendrait à surconsommer (une panne)

Ici le fusible est mis à contribution pour protéger Vcc1 ainsi que l'électronique

La transil étant le second couteau de protection, à voir si l'électronique derrière justifie sa présence (aspect critique), alors oui on peut en placer une seule devant la self de mode commun.





/!\ Ta self de mode commun n'est pas utile vu l'emplacement de la masse, en amont, il ne peut pas y avoir de courant de mode commun. Regarde un exemple de filtre Schaffner (valable en courant continue) :



Le condensateur Cx sert a évacuer les perturbations de mode différentielles (courant qui arrive par la phase ou un + et voulant retourner vers le neutre ou un -), la self de mode commun 2xL sert a atténuer les courants de mode commune (courant arrivant dans le même dans la phase ou un + et dans le neutre ou un - et voulant retourner à la terre via la masse), 2xCy vont évacuer le reste du courant de mode commun (qui a traversé 2xL) à la masse. La masse doit être après le filtre de mode commun sinon il n'a pas d'utilité.

[trendkiller]

Salut,

Oui j'avais cerner le placement de la varistance avant ou après fusible. Pas de soucis.

Dsl petite erreur sur le schéma, je n'ai pas mis Vcc3 et j'ai doublé Vcc1, en fait c'est de haut en bas Vcc1 à 4.

OK je comprend mieux. J'ai repris ton schéma un peu sans réfléchir sur masse et terre. En fait il n'y a pas de terre dans le système, à moins que je me trompe :

- Vcc 1 : provient d'une alimentation AC/DC du commerce, forcément un transfo dedans qui isole de la terre.
- Vcc 2 et 3, provient d'une batterie qu'on trouve en voiture
- Vcc 4 , provient d'un USB

En fait il faudrait que les condensateurs puissent évacuer à la terre, mais s'il n'y en a pas...

Le schéma serait plus comme ça du coup. Suppression de la self de mode commun et de la terre sur les entrées. Avec eventuellement suppression des transil pour en mettre une seule avant C1. Par contre n'est-il pas mieux de garder 4 transils au plus proche des connecteurs d'entrées, pour l'évacuation du courant ? plutôt qu'une seule éloignée.



Je vais en profiter du coup pour aborder un dernier sujet, bien connue... Donc il n'y a pas de terre, et ma carte sera intégrée dans un boitier aluminium, les connecteurs utilisés (USB, RJ45 et DB9) sont blindés. Quelle serait la meilleure stratégie de câblage boitier/masse/blindage ?
Je me suis laissé plusieurs possibilités, en mettant 2 empreintes 1206 (pour capa ou résistance) en parallèle entre chaque blindage de connecteur et la masse du montage. De manière générale, pour moi les blindages doivent être reliées des 2 côtés à la masse.
J'avais également envisagé de relier le boitier à la masse du montage, mais plus j'y réfléchi plus je me dis que c'est une mauvaise idée, pour moi boitier c'est plutôt à la terre.
Vous allez me dire, est-ce que le blindage des connecteurs sera reliée à la masse de l'autre coté des connecteurs, je répond que j'envisage les 2 cas.
Et dernier point, j'ai des protections par transil sur mes lignes RJ45, USB, etc...vaut-il mieux les relier à la masse du montage ou aux blindages de connecteurs ? je pose la question car on trouve souvent des montages ou masse et blindage sont reliées mais par condensateur. Mais logiquement la transil devant fonctionner sur des surtensions impulsionnelles, s'il y a capa série entre masse et blindage, elle doit pouvoir évacuer si ça passe par elle.

Bon dsl je pose plein de questions, mais j'ai 2 domaines ou je n'appréhende encore pas tout, c'est la protection et les blindages, car pas souvent l'occasion de mettre en oeuvre.

[Vincent PETIT]

Salut,
Pour la CEM, car c'est de ça qu'il est question, il y a autant de stratégie que de configuration. Pour répondre il ne faut pas se tromper sur les termes, il va nous falloir un petit schéma du câblage final + type de câble (blindé ?) et y aller progressivement.

Dans mes schémas j'utilise 3 symboles bien distincts :
- Le 0V ; c'est pour l'équipotentialité de l'électronique.
- La masse ; le chassie/le boitier/une tôle etc... c'est pour la CEM, c'est pour dévier les perturbations afin qu'elles retournent à leurs sources car elles obéissent à la loi des noeuds, elles veulent donc retourner d'où elles ont été émise.
- La terre ; c'est pour la sécurité.

C'est donc important qu'on utilise le même vocabulaire car ces 3 choses sont différentes. Dans un appareil en plastique il n'y a pas de masse et ça fonctionne, dans un avion il n'y a pas de terre et ça fonctionne aussi !

Donc il n'y a pas de terre, et ma carte sera intégrée dans un boitier aluminium, les connecteurs utilisés (USB, RJ45 et DB9) sont blindés. Quelle serait la meilleure stratégie de câblage boitier/masse/blindage ?

Les blindages des connecteurs doivent être reliés au chassie du boitier car c'est dans le chassie que les perturbations doivent aller pour retourner soit à leur sources, via la terre soit pour s'y écouler. Sans terre ce n'est pas grave, la perturbation empruntera la capacité parasite qu'il y a entre toute chose métallique (entre le boîtier et la terre)

De manière générale, pour moi les blindages doivent être reliées des 2 côtés à la masse.

Oui car si on ne relie que d'un côté, comme beaucoup le font en audio pour casser une boucle de masse en BF, on perd la protection HF voir même on empire les choses car on créait une antenne.

J'avais également envisagé de relier le boitier à la masse du montage, mais plus j'y réfléchi plus je me dis que c'est une mauvaise idée, pour moi boitier c'est plutôt à la terre.

Ton boîtier pour des questions de sécurité électrique, doit être relié à la terre. C'est réglementaire. Pour ce qui est de relier le 0V directement au chassie souvent on le fait mais il arrive parfois où il ne faut pas le faire. Un exemple qui m'est arrivé : Une centrale dans un bâtiment qui cause avec un capteur à 800m de distance dans un autre bâtiment. Les terres des bâtiments sont donc différentes. Si jamais dans la centrale et dans le capteur tu as relié les 0V à la masse (chassie) des appareils ça ne fonctionne pas car les 0V sont à des potentiels différents. Dans un tel cas de figure, le 0V du capteur peut être flottant par rapport à la masse (relié par une capa)

Et dernier point, j'ai des protections par transil sur mes lignes RJ45, USB, etc...vaut-il mieux les relier à la masse du montage ou aux blindages de connecteurs ? je pose la question car on trouve souvent des montages ou masse et blindage sont reliées mais par condensateur. Mais logiquement la transil devant fonctionner sur des surtensions impulsionnelles, s'il y a capa série entre masse et blindage, elle doit pouvoir évacuer si ça passe par elle.

J'imagine que la capa dont tu parles est entre le 0V et la masse du chassie. La transil doit être reliée à la masse du chassie.

Avant d'aller plus loin ; Pourquoi tu dis que tu n'auras pas de terre ? Utilises tu des câbles blindés ? Es tu dans le cas où les terres des différents appareils connectés seraient dans des bâtiments différents ?

[trendkiller]

Salut,

OK pour les 3 symboles.

Les types de câbles, il y aura du RJ45, du DB9 et de l'USB, tous blindés. Mais par contre impossible de savoir comment c'est câblé à l'autre bout à cet instant au niveau de leur blindage, c'est pour ça que j'envisage toutes les possibilités.

Pour relier des 2 côtés, j'ai déjà vécu ces expériences (car j'ai fait de l'audio pour moi même / et j'ai déjà vu en pratique un système non audio ne pas fonctionner si pas relier des 2 côtés).

OK pour le 0V relié à la terre. Je vais me laisser la possibilité de le faire ou pas, je pourrai couvrir les 2 cas comme ça.
Non il n'y aura pas de grande distance entre les 2 appareils communicants. Pas de soucis de DDP sur la terre.

Pour répondre à la dernière question.
En fait les alimentations peuvent venir d'une prise jack (Vcc1) provenant d'un bloc alim. Pour moi pas de terre puisqu'il y un transfo dedans, on fournit un +/- au boitier.
Vcc2 et 3 viennent des DB9, il est possible que l'appareil ne fournisse pas de terre (exemple une voiture, ça n'a pas de terre si je ne me trompe pas), donc en fait les DB9 il peut y en avoir une ou pas et cela par le blindage (le blindage du câble devant être relié à la terre à l'autre bout de mon système en toute logique). Les 2 cas sont à envisager.
Vcc4 provient d'un bus USB.

J'ai envie de dire que par défaut :

- mon 0V est relié à la masse (avec possibilité de le supprimer)
- les blindages des connecteurs sont reliés directement à la masse. Ce qui sous-entend que dans le cas ou mon 0V n'est pas relié à la masse il faut pouvoir relier les blindages directement au boitier.
- les transils reliées directement à la masse. Là ça pose le cas de figure ou le 0V ne serait pas relié à la masse, les transils ne peuvent être reliées qu'au 0V sur le PCB, elle ne serait donc pas reliées à la masse.

[trendkiller]

Les blindages des connecteurs doivent être reliés au chassie du boitier car c'est dans le chassie que les perturbations doivent aller pour retourner soit à leur sources, via la terre soit pour s'y écouler. Sans terre ce n'est pas grave, la perturbation empruntera la capacité parasite qu'il y a entre toute chose métallique (entre le boîtier et la terre)

Mais, si le 0V est relié au châssis mais qu'il n'y a pas de terre, la perturbation ne repartirait-elle pas plutôt par le 0V de l'alimentation plutôt qu'une capacité parasite ?

[Vincent PETIT]

Il y a plusieurs solutions mais la bonne dépend de comment sont construit les autres appareils et du câblage.

L'exemple de deux appareils dans des bâtiments différents donnerait ceci : On imagine que que chaque masse est reliée à la terre de son bâtiment mais rien ne garantie que les terres auront les mêmes valeurs, c'est même sur que non d'ailleurs et les deux équipements peuvent ne pas fonctionner car leur 0V n'auront pas les mêmes valeurs.

L'idée est d'avoir un 0V qui flotte dans l'un des appareils et d'évacuer toutes les perturbations en amont dans la masse.

text3675.png

Lorsque les équipements sont proches, on relie généralement le 0V à la masse directement.

text3676.png

Mais, si le 0V est relié au châssis mais qu'il n'y a pas de terre, la perturbation ne repartirait-elle pas plutôt par le 0V de l'alimentation plutôt qu'une capacité parasite ?

C'est souvent ce qu'on pense mais non, tu peux le voir en dessinant la maille de retour du courant perturbateur.

text3677.png

[trendkiller]

Bonjour,

Je n'avais pas encore pris le temps de revenir pour un "merci" de toutes ces explications, donc merci.