AOP avec entrées protégées

[quentin08]

Bonjour,

Je cherche un AOP capable de supporter des tensions sur ses entrées, alors que l'alim est déconnectée.

Un exemple :
Un chargeur de batterie par secteur ou panneau solaire.
L'AOP en suiveur sert à lire une image de la tension de batterie.
On débranche la source de tension : L'AOP se retrouve avec la batterie sur ses entrées alors que l'alim est déconnectée.

Comment gérer ce cas sans aucun courant de fuite ?
Il faut aussi qu'il soit rail-to-rail en entrée, car à pleine charge, ses entrées seront proches de l'alim.
Peut-être avec un AOP BIMOS ?

Merci
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[Vincent PETIT]

Bonjour,
La réponse ne va pas être simple sauf a étudier précisément la structure interne si toutefois le fabricant la donne.
Il suffirait que le composant soit protégé contre les ESD et on va se retrouver avec une diode dans le circuit d'entrée (entre l'entrée et l'alimentation) et qui va permettre l'alimentation du composant par l'entrée.



Tu ne peux pas prévoir une isolation des entrées ? Des relais (électromécanique ou solide state) commandés par l'électronique entre les entrées de l'AOP et la tension de la batterie ?

[Antoane]

Bonjour,

On peut protéger les circuits avec des résistances en série, même si cela peut dégrader la précision (bruit, offset) et la bande passante : https://www.analog.com/en/technical-...n-systems.html
On trouve également des solutions intégrant des versions "actives" de cette résistance : https://www.analog.com/en/analog-dia...rotection.html

et par exemple : https://www.analog.com/media/en/tech...7-2_4177-4.pdf
ou https://www.ti.com/lit/ds/symlink/op...=1612720798484

Les AOP "over the top" de chez AD devraient aussi pouvoir faire le travail : https://www.analog.com/media/en/tech.../ada4098-1.pdf

Il faut alors noter que le courant passant par les entrées des CI peut alimenter le circuit. Il prévoir de quoi évacuer les charges, ou utiliser cette alimentation à bon escient.
Des explications assez simples : https://www.ednasia.com/provide-robu...input-modules/

Ceci dit, j'aurais tendance à penser que dans ce cas précis, il est utile de garder l'électronique de supervision toujours alimentée.

[Qristoff]

Salut,

Comment gérer ce cas sans aucun courant de fuite ?

sans courant de fuite, ça va être compliqué ! il n'y a qu'une ouverture de circuit à relais comme proposé par Vincent qui permettrait de régler le problème.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Antoane]

Il faut aussi voir ce que signifie "aucun courant de fuite" :
- avec le ada4098, il y a 10 µA de courant de fuite
- avec une solution discrète à résistance série on doit pouvoir faire au moins aussi bien
- avec un relais, il y aura effectivement moins de fuite, mais la consommation lorsque le composant sera actif sera bien plus élevée.

Ce genre de switch : https://www.analog.com/media/en/tech...412F_5413F.pdf (app note : https://www.analog.com/media/en/tech...es/AN-1436.pdf) devrait également pouvoir servir de "relais" statique, mais je n'ai pas suffisamment étudié la datasheet pour le garantir

[quentin08]

Bonjour,

Tu ne peux pas prévoir une isolation des entrées ? Des relais (électromécanique ou solide state) commandés par l'électronique entre les entrées de l'AOP et la tension de la batterie ?

J'y ai pensé, mais dans mon cas, ce n'est pas si facile que ça à détecter le cas où il faut activer et désactiver ces relais.
Pareil pour la diode entre l'entrée et le VCC, la batterie se déchargera dans la diode et l'AOP.

Il faut aussi voir ce que signifie "aucun courant de fuite" :
- Avec le ada4098, il y a 10 µA de courant de fuite

J'aimerais avoir un courant de fuite < à 1µA

Où se trouve cette info des 10 µA dans le datasheet ?
https://www.analog.com/media/en/tech.../ada4098-1.pdf
Je vois 8 µA en page 18, à moins que je ne regarde pas au bon endroit ?

Sans courant de fuite, ça va être compliqué

A moins qu'il y ait des grilles de mosfets sur les entrées de l'AOP ? C'est pour ça que je parlais d'AOP BIMOS dans la question de départ.
A propos des mosfets, j'ai lu quelque part qu'on pouvait y mettre une tension de grille plus haute que le drain pour un NPN, et une tension de grille plus haute que la source pour un PNP.
On se retrouverait dans ce cas pour un tel AOP avec l'alim déconnectée.
J'étais donc parti sur cette idée.

Très intéressant ces AOP over the top, je connaissais pas.
Je vois par exemple dans la datasheet du LT6015 qui en est un aussi :
https://www.analog.com/media/en/tech...s/601567ff.pdf
Page 14 :

Some implications should be understood about Over-The-Top operation. The first, and most obvious is the input bias currents change from under ±2nA in normal operation to 14μA in Over-The-Top operation as the input stage transitions from common emitter to common base. Even though the Over-The-Top input bias currents run around 14 μA, they are very well matched and their offset is typically under ±100nA.

Ça veut dire que les entrées pourront consommer jusqu'à 14µA dans le cas "Over the top" ?

Merci

[Antoane]

Bonjour,

Où se trouve cette info des 10 µA dans le datasheet ?
https://www.analog.com/media/en/tech.../ada4098-1.pdf
Je vois 8 µA en page 18, à moins que je ne regarde pas au bon endroit ?

8µA est une valeur typique @25°C. Mieux vaut utiliser une valeur garantie sur toute la gamme de température.
C'est le "Input Bias Current" donné dans les "specifications" qu'il faut regarder.

A moins qu'il y ait des grilles de mosfets sur les entrées de l'AOP ? C'est pour ça que je parlais d'AOP BIMOS dans la question de départ.

A propos des mosfets, j'ai lu quelque part qu'on pouvait y mettre une tension de grille plus haute que le drain pour un NPN, et une tension de grille plus haute que la source pour un PNP.

Oui, le potentiel sur la grille peut prendre n'importe quelle valeur (raisonnable) par rapport aux autres broches. Mais, dans un circuit intégré, il y a quasi-systématiquement des diodes entre les entrées et les rails d'alimentation (cf. schéma envoyé par Vincent). Il ne "suffit" donc pas de trouver un op-amp avec entrées MOSFET.

Très intéressant ces AOP over the top, je connaissais pas.
Je vois par exemple dans la datasheet du LT6015 qui en est un aussi :
https://www.analog.com/media/en/tech...s/601567ff.pdf
Page 14 :
...
Ça veut dire que les entrées pourront consommer jusqu'à 14µA dans le cas "Over the top" ?

Le texte et les graphes dans une datasheet sont intéressants car ils aident à comprendre, mais ne définissent qu'un fonctionnement typique. Pour ce qui est des spécifications, il faut regarder les tables "specifications" et "absolute max ratings"... qui sont bien plus indigestes. En l'occurence, 14 µA est une valeur typique, le "Input Bias Current" peut être supérieur.

L'intérêt de ces composants "over the top" est qu'ils peuvent fonctionner avec des tensions en dehors de leur tension d'alim, ce qui n'est pas ce que tu demandes. Il me semble avoir déjà vu des composants spécifiquement capables de faire ce que tu demande, mais je n'ai pas encore retrouvé.

Pourrais-tu poster un schéma, ou du moins un schéma de principe, du système que tu veux réaliser ? Cela aiderait à visualiser les contraintes.

[Vincent PETIT]

Bonjour,

J'y ai pensé, mais dans mon cas, ce n'est pas si facile que ça à détecter le cas où il faut activer et désactiver ces relais.

Je ne suis pas bien sur de comprendre. Qu'est qui n'est pas facile ?

Le relais doit être alimenté par l'alimentation de l'électronique.
Il faut câbler l'entrée de l'AOP sur le contact "Normalement Ouvert", comme ça dès que l'électronique est coupée le relais bascule en Normalement clos.
Si la conso du relais pose problème on peut prendre un bi-stable (ouverture/fermeture par impulsion)



Sur un certain nombre d'oscilloscope c'est ce genre de structure qu'il y a sur les entrées pour changer de calibre. Lorsque tu appuies sur le bouton "autoset" d'un oscillo on entend tous les relais cliqueter.

[quentin08]

Bonjour,

La charge se fait normalement sous 14 V.
La difficulté ici est que si on est uniquement sur panneau solaire, et qu'il n'arrive pas à suivre à cause de l'éclairage et de la consommation des autres cartes, l'alim du chargeur pourra prendre n'importe quelle valeur entre 0 et 14 V.

Voici l'idée globale avec ce schéma simplifié :

chargeur.jpg
simulation_chargeur.png

U1 est un régulateur LDO qui empêche l'alim de dépasser les 14 V.

Q1 de type P est contre-réactionné par U2:A pour fixer une tension constante sur R3 et (Q2 + R4). Le courant de charge est donc constant à travers R3, et (Q2 + R4) qui sont passants en début de charge.
UR3 et U(Q2 + R4) dépendent de la différence entre les valeurs des références de tension D1 et D2.

R7, R8, U3 servent à donner une image abaissée de la tension de batterie. J'utilise maintenant un diviseur de tension car si l'alim de U3 se retrouve inférieure à celle de la batterie, l'image en sortie de U3 va être faussée. Ce qui n'arrivera pas en abaissant la tension avec R7 et R8.

C1 sert de batterie pour la simulation.

U2:B est utilisé comme comparateur, et bascule quand la batterie atteint environ 12.7 V pour passer en charge plus lente en bloquant Q2 (type P).
C'est conseillé pour les batteries au plomb.

R9 sert d'hystérésis pour éviter les oscillations quand les tensions d'entrées de U2:B sont trop proches.

Un exemple qui me pose problème :
On imagine que la batterie soit à moitié chargée, 13 V.
Si l'alim du chargeur est à 12 V parce que le panneau solaire n'arrive pas à suivre pour différentes raisons, le relais dont on parle devra être désactivé car l'alim est trop faible pour charger la batterie, et s'il reste activé, elle va se décharger pour rien à travers R7 et R8.

Si à l'inverse, toujours 13 V pour la batterie, mais que le panneau solaire arrive à suivre, on aura 14 V sur l'alim, la charge est possible, et le relais devra être activé.

Depuis le dernier message, j'ai ajouté R7 et R8 pour travailler plus bas en tension. U3 n'a donc plus besoin d'être rail-to-rail.
Il ne suffit pas de détecter une tension sur l'alim pour activer ou non le relais. C'est là que je bloque.
Là, avec ce schéma, il faut juste désactiver le relais quand la batterie est supérieure à l'alim pour éviter qu'elle ne se décharge à travers R7 et R8.

Voilà, je sais pas si c'est clair.

Merci

[Antoane]

Bonjour,

Un circuit simplifié pour la gestion du courant de charge :

J'ai ajouté un transistor pour assurer l'arrêt de la charge lorsque la tension max est atteinte, c'est préférable à un LDO : plus propre, précis, et permet une compensation en température.
Pourquoi les portes NAND ? Le comparateur peut faire tout ce travail lui-même.
Il est préférable d'utiliser un potentiomètre en potentiomètre qu'en résistance variable (cf RV1), en particulier pour compenser les effets de la température.
A ta place, je me passerai de relais (lourd, inélégant, et relativement complexe à mettre en oeuvre) et utiliserais une R8 de l'ordre de 1 MOhm, avec un bon filtrage en entrée du 358. Avec un courant de fuite de 10 µA, il suffit de ~9 s de charge pour compenser une journée de décharge à travers R8.
Je ne pas ce qu'alimente cette batterie, mais gagner 10 µA de consommation devrait y être plus facile.

[quentin08]

Bonjour,

Ça fait longtemps, je rappelle un peu le problème :
Sur ce chargeur de batterie, l'alim est sur un panneau solaire et ne sera donc pas toujours à sa tension maximale.
J'ai quelques composants connectés à la batterie pour la supervision de tension, qui vont tirer du courant.
Il faut donc désactiver cette partie lorsque la charge ne sera plus possible, pour ne pas que la batterie ne se décharge à travers R2 et R3.
Je sais que c'est négligeable, et que de toute façon, il y a l'autodécharge, mais je n'aime pas savoir qu'une batterie se décharge pour rien.



Je pense avoir trouvé la solution :
Pour savoir si on est en charge, et donc que le panneau arrive à suivre, il suffit de mesurer de manière précise la tension sur R1.
(Cette résistance est l'ensemble R3 et R4 du schéma donné en #9, celle qui sert à donner une image du courant la traversant pour réguler le courant de charge)

Cette tension est abaissée par R6, R7, RV1, R4, R5 pour éviter de travailler près du rail.
On veut mesurer un petit courant dans une faible résistance. Donc une tension très faible (U=R*I).
U1 est un AOP faible offset OP27 monté en ampli log pour avoir beaucoup de gain sur des tensions d'entrées proches, mais sans le saturer.
RV1 est là pour régler précisément la référence de l'AOP.
U2 est un comparateur de tension standard LM393 avec un léger hystérésis donné par R10, R11.

Quand le panneau solaire arrive à charger, U2 est à l'état haut, rendant passant Q2, et met à 0V la grille de Q1 qui devient passant aussi. La supervision de tension se fait alors.
Quand le panneau solaire n'arrive plus à suivre, Q2 se bloque, et met la grille de Q1 au maximum entre VCC et la batterie par D2 et D3.
Et là, plus aucun courant de fuite.

En plus, ça me fera un indicateur de charge par la sortie de U2.

[Antoane]

Bonjour,

je n'ai pas étudié le circuit en détail, mais pour la mesure/seuil de courant, il serait préférable d'utiliser un comparateur capable de travailler au potentiel de son rail positif.