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Problème avec transistors MOSFET?



  1. #1
    Gouttfi

    Problème avec transistors MOSFET?


    ------

    Bonjour,



    Je suis en train de fabriquer un circuit qui a pour but d'alimenter un module Boost et divers équipements en aval du boost. Le module boost est alimenté deux fois par jour, à l'aube et au crépuscule (détecté par une photorésistance, comparateur de tension et porte XOR). Une fois le boost alimenté, l'arduino le devient également et sa broche D12 agit comme un auto-maintien de l'alimentation, jusqu'à la fin du programme où D12 passe à l'état LOW puis donc éteint tout le système, et le cycle recommence 12h après.



    L'ensemble du circuit sera alimenté sur batterie, je suis en train d'effectuer des essais avec un tension équivalente à la tension lorsque la batterie sera faible (alim de labo réglée à 4,3V environ).



    Voici le schéma complet, mon problème se situe probablement sur le câblage au milieu du schéma, avec le câblage en vert :

    Nom : schema.png
Affichages : 587
Taille : 111,8 Ko

    L'alimentation vient des deux broches "BAT+" et "BAT-", situées entre les lignes C et D et les colonnes 2 et 3 du schéma.

    Je ne sais pas si je me suis trompé dans le dimensionnement de mes composants ou bien si je me suis trompé dans le câblage, mais pour résumer :

    Mon module boost doit être alimenté avec une tension comprise entre 2 et 24V, ce qui est respecté car j'alimente le circuit avec 4,3V.

    Après mesures au voltmètre, aux bornes VIN+ et VIN- du module, j'ai bien une tension suffisante pour alimenter le module boost. Cependant lorsque l'arduino est branché en aval de ce module, une fois le circuit sous tension, rien ne se passe comme prévu : La tension aux bornes aval du module boost s'effondre et s'aligne presque à la tension amont (4,9V environ), la carte arduino qui doit être alimentée par la broche VIN ne peut pas fonctionner correctement. Par contre, si je débranche l'arduino, la tension aux bornes aval du module boost remonte instantanément à sa tension de consigne (13V environ). Ce qui veut dire que lorsque je branche l'arduino cela crée une chute de tension de 8V environ !

    J'ai comme hypothèse que je ne dois pas alimenter convenablement mes MOSFET, ils doivent sans doute être dans un état ohmique et pas complètement saturés, car je mesure une tension de -0,3V minimum aux bornes D et S de Q7. Le datasheet dit, si j'ai bien compris, que le MOSFET est à l'état saturé lorsque la tension entre Grille et Source est < -4 V. Après mesure au voltmètre j'ai environ -3,7V, ce qui je pense signifie qu'il est dans l'état ohmique. Cependant, lorsque j'augmente la tension de l'alim de labo, la tension Vgs dépasse les -4V mais le problème est toujours là. Le problème disparait lorsque la tension de l'alim de labo est environ 6,6V, la tension Vgs à ce moment là est à environ -5,6V. Une fois ce seuil dépassé, le module boost parvient à nouveau à délivrer ses 13V et donc à alimenter l'arduino correctement.



    J'ai déjà fait plein de tests, en réalité ça fait plusieurs jours que je galère sur ça, j'ai fouillé plusieurs fois dans les datasheets, mais rien de concluant, j'ai remplacé certains composants, notamment les mosfet, le boost, même l'arduino, dans l'hypothèse ou un composant était défectueux, sans succès.



    Je reste pas loin pour répondre à vos questions et tester vos solutions, merci beaucoup

    -----

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  3. #2
    DAT44

    Re : Problème avec transistors MOSFET ?

    Bonjour,
    pour Q7, il faut prendre un transistor avec un RDS on plus faible , comme un OA3401 par exemple ...

  4. #3
    Gouttfi

    Re : Problème avec transistors MOSFET ?

    Est-ce aussi simple que ça ?

    C'est la résistance trop élevée dans mon Q7 actuel qui provoque cette chute de tension ? Pourtant ce n'est que 0,6 ohm, je ne comprends pas comment une si petite valeur peut autant restreindre le module boost ? Ou alors c'est une notion que je n'ai pas compris ? Pourrais-je avoir d'avantage d'explications pour comprendre ?

  5. #4
    bobflux

    Re : Problème avec transistors MOSFET ?

    > Pourtant ce n'est que 0,6 ohm

    Avec un Vgs de 10V. Mais tu as beaucoup moins, donc ce MOSFET qui a une tension de seuil assez élevée n'est pas assez passant, donc RdsON beaucoup plus élevée.

    Il faut un MOSFET dont la RdsON est spécifiée à la tension Vgs qui sera effectivement utilisée dans le circuit, donc la tension mini de la batterie moins un Vf de 1N4001. Donc un MOSFET "3V3 gate drive".

    Si tu regardes la datasheet de celui conseillé par DAT44 tu verras sur la 1è page que la RdsON est spec pour Vgs=2.5V, donc il a une tension de seuil très basse...

    Note que l'Atmega fonctionne très bien avec moins de 5V...

  6. A voir en vidéo sur Futura
  7. #5
    Gouttfi

    Re : Problème avec transistors MOSFET?

    Bonjour,

    merci pour les infos, je vais donc me procurer un autre MOSFET avec un Rdson plus bas, en m'inspirant de vos recommandations !

    Concernant le montage actuel mon arduino est alimenté par la broche Vin car je n'ai pas de 5V régulé sur le circuit. Tel que le système fonctionne avec Q7 actuel, le programme fonctionne en effet, mais avec l'arduino seulement (j'ai même pas tenté avec le reste du montage tellement ça sent pas bon), + j'entends également que le module boost émet un petit sifflement, qui en temps normal n'existe pas lorsqu'il est correctement alimenté.

    Pour approfondir ma culture personnelle, y a t-il moyen de trouver le Rdson qui est présent dans mon circuit lorsqu'il est alimenté avec Vgs à -3,7V ? Je voudrais m'exercer à calculer à quel point cette résistance provoquait des problèmes en aval du MOSFET ?

    Merci

  8. #6
    Gouttfi

    Re : Problème avec transistors MOSFET?

    Citation Envoyé par Doocly14 Voir le message
    Bonjour,

    merci pour les infos, je vais donc me procurer un autre MOSFET avec un Rdson plus bas, en m'inspirant de vos recommandations !

    Concernant le montage actuel mon arduino est alimenté par la broche Vin car je n'ai pas de 5V régulé sur le circuit. Tel que le système fonctionne avec Q7 actuel, le programme fonctionne en effet, mais avec l'arduino seulement (j'ai même pas tenté avec le reste du montage tellement ça sent pas bon), + j'entends également que le module boost émet un petit sifflement, qui en temps normal n'existe pas lorsqu'il est correctement alimenté.

    Pour approfondir ma culture personnelle, y a t-il moyen de trouver le Rdson qui est présent dans mon circuit lorsqu'il est alimenté avec Vgs à -3,7V ? Je voudrais m'exercer à calculer à quel point cette résistance provoquait des problèmes en aval du MOSFET ?

    Merci
    Je ne peux plus éditer le message précédent, cependant j'ai recherché un nouveau MOSFET pour remplacer mon Q7, et j'ai trouvé cette référence : NDP6020P, j'aimerai juste que vous me confirmiez que je ne fasse pas fausse route avec le choix de ce composant, au cas où qu'il y ait une autre caractéristique importante vis-a-vis des MOSFET que j'ignore encore

    Je voudrais, dans la mesure du possible, avoir un MOSFET traversant, pour des raisons de confort lors de mes prototypage et de l'assemblage final du composant. Je n'ai pas de contraintes de place particulières.

    Si je me suis bien renseigné dans la documentation, ce MOSFET pourrait convenir, avec un Rds(on) de 0,05 ohm pour Vgs = -4,5V (contre 0,06 ohm pour Vgs = -4,5V pour le AO3401), il a une tension Vds max de 20V, ce qui correspond pour mon circuit, le courant de Drain Id est par contre très surdimensionné, à 24A. Mon montage consommera au maximum 0,5A. Est-ce que ce surdimensionnement peut laisser apparaitre de nouveaux problèmes indésirables ?

    Je vous remercie

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  10. #7
    bobflux

    Re : Problème avec transistors MOSFET?

    > courant de Drain Id est par contre très surdimensionné, à 24A

    pas grave

    ce FET convient.

  11. #8
    Gouttfi

    Re : Problème avec transistors MOSFET?

    Bonjour tout le monde !

    Je viens aux nouvelles, et pas que de bonnes nouvelles

    J'ai donc remplacé Q7 qui était un IRFD9120PbF par un NDP6020P. Une fois le circuit remis sous tension je remarque que rien a changé. Mon convertisseur boost faisait toujours son petit sifflement caractéristique de souffrance inconnue, la tension en aval de ce dernier avoisinait toujours les 5V. Zut alors !

    J'ai démonté une partie du circuit de ma platine de prototypage et recâblé uniquement le strict minimum de composants afin de repartir sur de bonnes bases, et là miracle ! La tension est correcte, même avec l'arduino branché (ce qui était l'origine de mon problème à la base). C'est vraiment dommage d'en déduire que je ne suis qu'un idiot qui sait pas câbler, pourtant j'ai vérifié tellement de fois ce que je faisais.

    Néanmoins, et c'est là que le bât blesse, j'ai à nouveau le problème qui survient lorsque je connecte le moteur pas-à-pas (via le driver A4988 que l'on voit sur le schéma). Donc, le problème reste le même : Composants qui chantent, tension non conforme aux bornes aval du module boost, et ce malgré un tout nouveau transistor avec Rds(on) bas !
    Même en alimentant le module boost sans passer par le transistor, ce dernier ne fonctionne quand même pas comme prévu.

    Le module boost est un ICSA004A, capable de fournir 1A en permanence, et jusqu'à 2A brièvement. Mon circuit consomme maximum 200mA.

    J'ai une autre hypothèse, mais j'ai besoin de vos lumières : Est-ce que le module peut avoir un comportement erratique du fait que sur l'arduino est branché plusieurs fils allant vers des composants qui sont alimentés par la batterie, et non pas par le module boost ? Si je prends l'exemple du pont diviseur de tensions avec les résistances R5 et R6, raccordé à la broche A0 de l'arduino, est-ce que cela ne crée pas une différence entre le courant qui passe par VIN+ et VIN- ?

    J'avoue que là je ne comprends plus, il ne s'agit même plus d'un problème de transistor (donc n'était pas également le problème à l'origine, mais peu importe, ça m'a fait un peu de culture générale)
    Avez-vous des idées ou des questions pour m'aiguiller ? En attendant vos réponses je continue mes essais et réflexions, mais ça commence à prendre la tête tout ça quand même

  12. #9
    DAT44

    Re : Problème avec transistors MOSFET?

    Bonjour,
    Citation Envoyé par Doocly14 Voir le message
    Même en alimentant le module boost sans passer par le transistor, ce dernier ne fonctionne quand même pas comme prévu.
    La c'est compliqué ...


    Citation Envoyé par Doocly14 Voir le message
    Est-ce que le module peut avoir un comportement erratique du fait que sur l'arduino est branché plusieurs fils allant vers des composants qui sont alimentés par la batterie, et non pas par le module boost ? Si je prends l'exemple du pont diviseur de tensions avec les résistances R5 et R6, raccordé à la broche A0 de l'arduino, est-ce que cela ne crée pas une différence entre le courant qui passe par VIN+ et VIN- ?
    Si le courant du moteur passe par le même fil que celui qui mesure la tension de la batterie, OUI !

    Il faut faire un câblage en étoile a partir du - de la batterie ...( ou un gros plan de masse)

    De plus la section des fils doit être proportionné au courants qui les traverses ...
    Dernière modification par DAT44 ; 07/11/2020 à 07h31.

  13. #10
    Vincent PETIT
    Animateur Électronique

    Re : Problème avec transistors MOSFET?

    Bonjour,
    Pour compléter ce qu'a dit DAT44, oui le problème vient peut-être du câblage :
    1- Le VIN qui alimente le Nano sera perturbé par le moteur PAP.
    2- Possible presence de boucle de masse.
    3- Possible couplage par impédance commune.
    4- Couplage inductif causé par le moteur.

    Moi je ferais plutôt un solide plan de masse ce qui annulera le problème 3, atténuera fortement le problème 2 et 4.

    Je fera aussi un chainage cohérent des courants, même sur un plan de masse c'est important. C'est à dire que dans l'ordre du câblage tu dois avoir : Module Boost -> Driver PAP et son moteur -> Arduino Nano autrement dit ne pas se retrouver avec le Nano pris en sandwich sinon il va voir passer tous les transitoires du moteurs. Il faut donc avoir une stratégie de câblage/routage et c'est loin d'être simple et évident.

    Tu seras peut-être obligé de filtrer la partie VCC qui va au Nano (ferrite + capa), pour régler le problème 1.

    Pense à torsader les fils du moteurs PAP pour réduire leur effet de couplage avec le reste de l'électronique et de les éloigner du reste de l'électronique.
    Là où il n'y a pas de solution, il n'y a pas de problème.

  14. #11
    bobflux

    Re : Problème avec transistors MOSFET?

    Est-ce que le montage est sur une platine d'expérimentation à trous dont on peut douter de la fiabilité des contacts ?

  15. #12
    Janpolanton

    Re : Problème avec transistors MOSFET?

    Oui, à mon avis c'est une "breadboard" chinoise, il avait d'ailleurs émis un doute sur sa fiabilité mais a fait effacer son post.
    Dommage, c'était vraiment la piste à suivre.

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  17. #13
    Gouttfi

    Re : Problème avec transistors MOSFET?

    Bonjour tout le monde,

    merci pour vos messages et analyses.

    Effectivement j'en suis encore à l'état de prototypage sur une breadboard chinoise probablement bas de gamme, c'était justement le message que j'avais fait supprimer, car en fait dans toute la panoplie de tests que j'ai fait, j'avais déduit que le problème ne pouvait venir que de la breadboard, mais finalement après c'était pas sûr, etc ... bref je ne voulais pas poster 4 ou 5 messages d'affilée pour vous noyer d'infos peut-être contradictoires.

    Du coup j'ai pris en considération que mon problème ne se poserait probablement plus une fois que le circuit sera sur son PCB définitif, mais je ne voulais pas parler que de la breadboard, au cas où que j'aie également un problème ailleurs (autre raison de pourquoi j'ai fait supprimer mon message), mais vous n'avez pas eu l'air étonné par mon schéma, donc ça me rassure un peu


    > Si le courant du moteur passe par le même fil que celui qui mesure la tension de la batterie, OUI !

    J'ai mesuré le courant passant par le module boost, il y a une différence d'environ 10mA entre ce qui rentre et ce qui sort, donc à priori ça ne doit pas venir de là vu que le moteur consomme entre 160 et 230 mA en fonction de la tension de l'alim.


    Je vais me renseigner sur la conception d'un plan de masse, j'avoue que ce sera une première pour moi, je vous demanderai votre avis avant de valider définitivement le design du PCB, si ça ne vous ennuie pas

  18. #14
    Vincent PETIT
    Animateur Électronique

    Re : Problème avec transistors MOSFET?

    Oula ! Moteur + breadboard ne font pas bon ménage, la breadboard est capacitive
    Là où il n'y a pas de solution, il n'y a pas de problème.

  19. #15
    Gouttfi

    Re : Problème avec transistors MOSFET?

    Eh oui, chose de plus que j'ai apprise aujourd'hui, mais comment pourrais-je faire autrement pour mes prochains prototypages incluant un moteur ?

    En fait mon montage fonctionne aléatoirement, il peut fonctionner 4 fois d'affilée, puis plus, puis je redémarre et il fonctionne, parfois je redémarre et il fonctionne toujours pas, etc.

  20. #16
    Janpolanton

    Re : Problème avec transistors MOSFET?

    Avant de passer au PCB, tente plutôt un câblage sur plaque d'essais (à bande ou à pastilles à ton choix)
    Ce sera déjà bien plus fiable que ta "planche à pain"

  21. #17
    Gouttfi

    Re : Problème avec transistors MOSFET?

    Est-ce que passer sur une plaque d'essais (avec soudures donc ?) me permettrait d'avoir un montage plus fiable ? Par rapport à la breadboard je n'en doute pas, mais par rapport aux points soulevés par DAT44 et Vincent PETIT ?

  22. #18
    Janpolanton

    Re : Problème avec transistors MOSFET?

    Tu vas déjà lever le doute de la breadboard. Après, on avisera.

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  24. #19
    Vincent PETIT
    Animateur Électronique

    Re : Problème avec transistors MOSFET?

    Comme dit Janpolanton ou alors tu pourrais améliorer un peu la breadboard en fixant au GND une colonne sur 2. Il faut toujours avoir en-tête qu'un condensateur c'est deux armatures (plaques) métalliques séparées d'une certaine distance et sur une breadboard toutes les colonnes sont autant de plaques métalliques formant des condensateurs. Une variation de tension sur une colonne va se un peu se recopier, par couplage capacitif, sur les colonnes d'à côté et quand c'est très rapide une breadboard devient l'enfer.
    Là où il n'y a pas de solution, il n'y a pas de problème.

  25. #20
    bobflux

    Re : Problème avec transistors MOSFET?

    Je ne sais pas si les capacités parasites sont le problème ici... Souvent avec les breadboard les contacts sont juste pourris.

  26. #21
    Gouttfi

    Re : Problème avec transistors MOSFET?

    Citation Envoyé par bobflux Voir le message
    Je ne sais pas si les capacités parasites sont le problème ici... Souvent avec les breadboard les contacts sont juste pourris.
    Je rejoins l'avis de bobflux ici, non pas que je remette votre parole en doute, mais je ne fais pas de traitement de signal, je ne travaille pas avec des hautes fréquences (sauf peut-être le driver, mais le câblage du moteur sur le driver ne passe pas par la breadboard). De plus, il m'arrivait lors de certains tests que le circuit ne fonctionne pas correctement avec uniquement l'arduino alimenté, un programme vide et toutes ses broches débranchées, donc pas de signal à haute fréquence dans la breadboard à priori.

    Je n'ai malheureusement pas de quoi faire un autre prototypage avec une plaque d'essais, cependant je suis en train de modifier mon circuit en évitant au max de passer par la breadboard, tout du moins pour la partie "puissance", aval du module boost. Il semble que le fonctionnement de mon montage soit plus stable et plus fiable, donc ça incriminerait de plus en plus ma breadboard. Pour autant, j'ai tout le circuit de commande et de détection qui est également câblé sur ma breadboard, et je n'ai pas souffert du moindre problème !

  27. #22
    Janpolanton

    Re : Problème avec transistors MOSFET?

    Petite photo gros plan sur les contacts de breadboard.
    Images attachées Images attachées  

  28. #23
    Gouttfi

    Re : Problème avec transistors MOSFET?

    Citation Envoyé par Janpolanton Voir le message
    Petite photo gros plan sur les contacts de breadboard.
    Ca correspond probablement a ce que j'ai, j'ai beaucoup de mal à y enfoncer certains composants, jusqu'à tordre des broches du transistor que j'avais acheté la dernière fois.

    Je ne vais pas les casser pour vérifier, je vais juste les renvoyer une fois mon montage fini, je venais de les acheter car j'avais pas assez de place pour prototyper correctement.

  29. #24
    bobflux

    Re : Problème avec transistors MOSFET?

    Les vraies sont en métal "ressort", les fausses en métal qui se déforme donc chaque trou est à usage unique, une fois que t'as mis un fil dedans les mâchoires restent écartées

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  31. #25
    Gouttfi

    Re : Problème avec transistors MOSFET?

    J'ai passé une bonne partie de l'après midi à modéliser mon PCB, dont voici le premier jet :

    PCB_experimental.png

    Je pense m'en être pas trop mal tiré, mais vu que c'est mon premier gros PBC, j'espère ne pas avoir fait de grosse faute !

    J'ai donc mis tout le circuit sur la face avant, et deux plans de masses sur la face arrière :
    Plan de masse pour tout le circuit commande, alimenté avant le module boost.
    Plan de masse pour tout le circuit "puissance", alimenté après le module boost.

    Il n'y a aucun vias sur le circuit.

    Voici les règles utilisées pour l'élaboration des pistes :
    rules.PNG
    "Default" est pour la partie commande en 5V.
    "POWER" est pour la partie puissance en 12V.
    En fouillant à gauche et à droite, à priori ces règles suffisent pour mon projet.

    C'est casse tête de tout faire à la main, mais c'est sympa
    Dernière modification par Gouttfi ; 07/11/2020 à 17h27.

  32. #26
    Janpolanton

    Re : Problème avec transistors MOSFET?

    Si tu graves ton circuit toi même (méthode toner + lamineuse à chaud par exemple) , je ne saurais trop te conseiller d'élargir toutes les pistes.

  33. #27
    Gouttfi

    Re : Problème avec transistors MOSFET?

    Citation Envoyé par Janpolanton Voir le message
    Si tu graves ton circuit toi même (méthode toner + lamineuse à chaud par exemple) , je ne saurais trop te conseiller d'élargir toutes les pistes.
    Non je n'en suis pas encore là, j'utilise un code de triche pour ça : JLCPCB

  34. #28
    Janpolanton

    Re : Problème avec transistors MOSFET?

    Si tu fais graver par JLCPCB, essaie de passer la longueur de ton PCB à moins de 100mm.

  35. #29
    Gouttfi

    Re : Problème avec transistors MOSFET?

    Citation Envoyé par Janpolanton Voir le message
    Si tu fais graver par JLCPCB, essaie de passer la longueur de ton PCB à moins de 100mm.
    Oui, ça me frustrait de voir 104mm ! Maintenant je suis à 99mm

  36. #30
    Vincent PETIT
    Animateur Électronique

    Re : Problème avec transistors MOSFET?

    Personnellement je n'aurai pas séparé les plans de masse car de mon expérience en CEM, j'ai pu constater que c'est très rare qu'on puisse le faire.

    Tu t'es probablement dit que tout ce qui était alimenté en +5V devait être sur le plan de masse dédié GND5 et tout ce qui était alimenté en VCC devrait sur un autre plan de masse séparé, GND. C'est l'idée du câblage en étoile sauf que dans la réalité il est difficilement applicable.

    Regarde ce qui se passe avec la broche 15 du Nano qui lui est référencée à GND. Elle est reliée à la resistance de pulldown R12 qui va à GND5. C'est là où la masse en étoile pose plus de problème qu'elle n'en résoud. Quand tu activeras la broche 15, le courant IOH du Nano va partir dans le GND5 pour revenir dans GND puisque c'est là où le Nano est référencé. Ce long chemin s'appelle une boucle de masse ; une antenne qui ramasse tous les couplages inductifs et les couplages champs à boucle plus généralement. Plus long est ce chemin est pire c'est. Le paradoxe c'est que plus tu auras soigné ton étoilement des masses, en les éloignant et en les séparant plus ta boucle de masse (sa surface en réalitée) sera grande.

    La masse en étoile est efficace quand il n'y a aucune connexion électrique entre les éléments se trouvant sur les autres masses sinon on réalise une boucle.
    Là où il n'y a pas de solution, il n'y a pas de problème.

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