Seuil de déclenchement d'un transistor

[yobeco]

Bonjour à tous

Merci d'avance pour votre aide
Je suis débutant en électronique.

Pour un projet, j'utilise une batterie NiMH 7.2V.
J'ai lu qu'il ne fallait jamais la décharger à moins de 5.4V (0.9V / cellule : la batterie a 6 cellules).
J'essaye donc de faire un système qui couperait le circuit quand on s'approche des 5.4V.

Le composant le plus simple que je connaisse qui puisse servir pour reconnaître un voltage "palier" c'est la diode zener.
Je sais qu'il existe des zeners qui "conduisent" à partir de 5V et je sais que le seuil moyen d'un transistor c'est 0.7 V.

Quand l'alimentation est supérieure à 5.7V, le transistor serait activé ce qui maintiendrait le relais fermer pour continuer l'alimentation.
Quand l'alimentation est inférieure à 5.7V, le transistor ne passe plu et le relai retournerait au repos (ouvert) pour couper l'alimentation.

J'ai essayé de tester mon hypothèse dans un simulateur : TinkerCad (Je suis vraiment débutant et j'ai peu de transistors à disposition).
Cependant, le transistor n'a toujours pas déclenché arrivé à 854 mV...

Essai-1.png

Quand je fais un petit circuit à côté pour comprendre comment fonctionne le transistor NPN de TinkerCad, il se déclenche bien à 800 mV...

Transistor seul.png

Où est-ce que j'ai faux ?

Merci encore à vous !
-----

[gcortex]

C Pa. Dans ce cas on prend un TL431 (et un LM311).

[Bitrode]

Bonjour,

Dans ce cas on prend un TL431 (et un LM311).

Bof, d'une part ça continuera de consommer faiblement à cause de la zéner programmable et d'autre part il faut placer un hystérésis autour du point de coupure, puisque la tension va remonter après l'ouverture du switch.
yobeco, en essayant de lire ton "schéma" peu orthodoxe tu as mal placé ton NPN, il faut le placer dans la ligne - et le polariser correctement, notamment sa base, mais de toute façon ce composant n'est pas indiqué pour ce que tu souhaites faire.
Tu peux utiliser un AOP monté en bascule de Schmitt avec des résistances à valeurs très élevées pour le pont de mesure et celui du référentiel de comparaison et ainsi avoir des courants de polarisation extrêmement faibles, et ensuite tu pilotes un PMOS dans le circuit + de ta batterie pour jouer le rôle de l'interrupteur.
Il faut que tu précises ton courant max de décharge pour correctement dimensionner le PMOS.
Je te ferai un petit schéma.

[jiherve]

bonjour
quelque soit le dispositif utilisé pour mesurer la tension de batterie celui ci consommera un peu, il faut donc un système consommant au minimum lorsque la batterie n'est pas vide mais plus du tout après détection de sous tension; le système de mesure doit donc se suicider de façon propre en assurant le délestage, il faudra nécessairement alors un moyen de "resuscitation" pour réactiver tout ce petit monde après recharge de l'accu.
cela reste assez simple mais plus compliqué qu'un transistor + zener.
JR

[A voir en vidéo sur Futura]

[nornand]

bjr: passe ton relais dans le collecteur .

[Black Jack 2]

Bonjour,

Je suppose que le transistor est un NPN avec l'émetteur en bas du premier dessin et la base au milieu (on ne le voit pas clairement sur ton dessin).

Pour enclencher le relais, il faut probablement une tension supérieure à 3 V (normal pour un relais 5V) sur sa bobine.
Pour que le relais soit enclenché, il faut donc au moins 3 V sur l'émetteur du transistor (puisque la bobine est en série avec l'émetteur).
Donc la base du transistor devrait être à une tension d'au moins 3,7 V (environ).
Pour que ce soit le cas, l'anode de la zener doit être à cette même tension (>= 3,7 V environ) ...
Donc sa cathode (de la zéner) doit être à une tension >= 3,7 + Vzéner; soit >= 8,7 V

Il est donc normal, avec ce schéma que le relais ne s'enclenche pas si la tension sur l'alimentation de gauche est < à 8,7 V (environ).

Ce montage va à l'envers ... une tension haute sur l'alim de gauche peut enclencher le relais et une tension basse ne l'enclenche pas.
****
Dans le montage avec le transistor seul (sans zéner), la charge est dans le collecteur (ce qui est différent de l'autre montage).
Ce montage est également dangereux pour le transistor car il n'y a pas de résistance limitant le courant de base et donc énorme risque de péter le transistor par excès de courant de base en modifiant la tension de base via l'alimentation.

Bref, il faut sérieusement modifier ton (ou tes) montages pour arriver à quelque chose de fonctionnel.

[gcortex]

Il existe des circuits tout faits pour la déconnection en fin de décharge.
https://fr.farnell.com/microchip/mcp...y%20management

[Bitrode]

quelque soit le dispositif utilisé pour mesurer la tension de batterie celui ci consommera un peu, il faut donc un système consommant au minimum lorsque la batterie n'est pas vide mais plus du tout après détection de sous tension; le système de mesure doit donc se suicider de façon propre en assurant le délestage

Ce n'est pas forcément indispensable.
Consommer quelques mA et quelques dizaines de µA n'est pas pareil, tout dépend de la fréquence d'utilisation et de la capacité de l'accu.
0,9V par élément est la limite extrême, en général on limite plutôt à 1V en NiMh.
Mieux vaut un MOS qu'un relais qui consommera bien plus.
Il faut aussi prévoir une petite tempo pour éviter un déclenchement intempestif (moteur ou autres consommateur gourmand au démarrage).

[Black Jack 2]

bonjour
quelque soit le dispositif utilisé pour mesurer la tension de batterie celui ci consommera un peu, il faut donc un système consommant au minimum lorsque la batterie n'est pas vide mais plus du tout après détection de sous tension; le système de mesure doit donc se suicider de façon propre en assurant le délestage, il faudra nécessairement alors un moyen de "resuscitation" pour réactiver tout ce petit monde après recharge de l'accu.
cela reste assez simple mais plus compliqué qu'un transistor + zener.
JR

Bonjour,

Je suis en accord avec tout cela ... si ce n'est sur la toute fin.
Si on n'est pas trop pointilleux, un transistor et une zéner (et bien entendu un relais) peuvent suffire.

Il faut bien entendu que le relais et le BP soient capables d'enclencher et couper la charge.
Il faut réarmer après coupure par sous-tension ... ce qui supprime tous les risques de coupures et réenclenchements successifs en fonction de l'état de batterie et de la charge.

On peut aussi un peu sophistiquer le schéma ... mais ce n'est pas vraiment utile.

[Bitrode]

Je te conseille par exemple le circuit S-1011A60 de chez ABLIC, il consomme 600nA, il te permettra de faire une bonne détection du niveau bas à 6V +/-1.5% (pour l'ensemble de tes 6 accus).
Il possède une temporisation de déclenchement programmable par un simple condensateur.
Sa sortie te permet de piloter un tout petit NMOS (genre BSS123) qui lui même commande le PMOS principal (son choix dépend de ta consommation en fonctionnement normal).
Au total 6 composants et une consommation que l'on peut considérer nulle.

[Bitrode]

Le point faible de ton schéma est la consommation à vide sur la batterie, essentiellement la conso de la bobine du relais et le courant de la zéner.
Après tout dépend encore une fois de l'application et de la capacité de l'accu et surtout des moyens à disposition et de réalisation.

[jiherve]

re
un montage qui ne consomme quasiment rien (< 2.5µA):

JR

[yobeco]

Bonjour à tous

Merci à vous pour toutes ces informations.
J'ai beaucoup appris grâce à vos réponses, mais il me faudra encore pas mal de temps pour tout assimiler, si j'y arrive...

Cependant, j'ai une contrainte... Je vis au Nicaragua, à la fois isolé par la pandémie qui n'en finit pas ici et par une dictature montante qui amène à une corruption de la douane.
Je suis donc amené à faire avec ce que je peux trouver ici...
Je crois que j'aurais du mal à trouver ou faire venir un TLC1540, un MCP73213-B6SI/MF ou un S-1011A60...

Ainsi, le montage qui me serait le plus accessible serait celui de Black Jack 2.
En plus, il ressemble à ce dont j'avais maladroitement l'idée...



J'ai cependant quelques petites questions sur ce schéma :
1- La résistance en série avec le relai dépend de la résistance totale qui sera obtenue avec la bobine je suppose... Il faudrait arriver à combien d'Ohms au total ?
2- La diode aux bornes du relais est bien une diode de "roue libre" ? Je pourrais utiliser une Schottky comme une 1N4148 par exemple, c'est ça ?
3- Pour le transistor, un 2N2222 ou un BC547 ferait l'affaire ?
4- Est-ce que quelqu'un pourrait m'expliquer les calculs qui déterminent le seuil de déclenchement dans le pont diviseur de tension, je ne sais pas comment prendre en compte la diode zener...

Merci encore par avance !

Yonnel

[Black Jack 2]

Bonjour à tous

Merci à vous pour toutes ces informations.
J'ai beaucoup appris grâce à vos réponses, mais il me faudra encore pas mal de temps pour tout assimiler, si j'y arrive...

Cependant, j'ai une contrainte... Je vis au Nicaragua, à la fois isolé par la pandémie qui n'en finit pas ici et par une dictature montante qui amène à une corruption de la douane.
Je suis donc amené à faire avec ce que je peux trouver ici...
Je crois que j'aurais du mal à trouver ou faire venir un TLC1540, un MCP73213-B6SI/MF ou un S-1011A60...

Ainsi, le montage qui me serait le plus accessible serait celui de Black Jack 2.
En plus, il ressemble à ce dont j'avais maladroitement l'idée...

Pièce jointe 443904

J'ai cependant quelques petites questions sur ce schéma :
1- La résistance en série avec le relai dépend de la résistance totale qui sera obtenue avec la bobine je suppose... Il faudrait arriver à combien d'Ohms au total ?
2- La diode aux bornes du relais est bien une diode de "roue libre" ? Je pourrais utiliser une Schottky comme une 1N4148 par exemple, c'est ça ?
3- Pour le transistor, un 2N2222 ou un BC547 ferait l'affaire ?
4- Est-ce que quelqu'un pourrait m'expliquer les calculs qui déterminent le seuil de déclenchement dans le pont diviseur de tension, je ne sais pas comment prendre en compte la diode zener...

Merci encore par avance !

Yonnel

Bonjour,

1)
La résistance en série avec la bobine est là pour tenir compte que la tension peut être supérieure à la tension nominale de la bobine.
Si la bobine du relais est un 5 V nominal, la résistance ajoutée en série pourra être d'environ 1/5 de la résistance de la bobine... cela devrait couvrir les variations de la tension de batterie en laissant la bobine dans une plage de tension raisonnable.
Remarque, il existe des relais dont la bobine permet une grande plage de tension, si c'est le cas, on peut voir si la résistance peut être absente.

2)
Oui

3)
2N2222 préférable
Peut-être faudra t-il adapter les valeurs de la 2k2, 470 E et potentiomètre 1k ... en fonction du courant qui passera dans la bobine du relais.

Par exemple :
Supposons une bobine 5V 50 ohms , on mettrait une résistance série de 10 ohms (1/4 W) avec la bobine.
Ic = 100 mA environ
2N2222 : hFE = 50 min --> Ib <= 2 mA
imposons 3 mA (environ) dans la diode quand Vbat = 5,4 V (donc le min permis)
Vbase = 0,7 V (environ) --> R série avec la zener = (5,4 - 3,3 - 0,7)/0,003 = 470 ohms
R entre base et émetteur = 0,7/0,001 = 700 ohms (on mettra une résistance de 330 ohms en série avec un potentiomètre de 680 ohms (ou 1 kohm)
Le potentiomètre est indispensable pour régler le niveau de déclenchement ... pour reprendre les dispersions sur la valeur du gain en courant (hFE) et de la tension de base du transistor.

Remarque : avec un transistor 2N2222A, le hFE est plus grand et on pourrait avoir des résistances un peu plus grandes.
...

Attention que comme Bitrode l'a mentionné, ce montage consomme en permanence (en plus de la charge) quand il est enclenché.
Le courant consommé en plus de la charge est celui de la bobine ... et celui dans la zéner, mais qui est beaucoup plus petit.

Conclusion : Lorsque on ne veut pas mettre la charge sous tension, il est préférable de déconnecter la batterie.

[jiherve]

bonsoir
avec ce montage tout dépend du relais.
JR

[yobeco]

Merci pour tous ces détails "Black Jack 2"

jiherve
bonsoir
avec ce montage tout dépend du relais.
JR

Si j'arrivais à mettre la main sur un optocoupleur ?
Ça pourrait diminuer la consommation, non ? (et la taille du montage...)

Qu'en pensez-vous ?

[yobeco]

Voici un lien vers le simulateur. (Publique)

https://www.tinkercad.com/things/cLR...atterie/editel

Le circuit ne se maintient pas fermé quand j'appuie sur le poussoir et que la tension est à son max : 7.2V

[antek]

Ton lien est bien publique, mais pas son contenu !

[jiherve]

bonjour
sans connaitre le type exact du relais autant pisser dans une contrebasse!
JR

[Black Jack 2]

Voici un lien vers le simulateur. (Publique)

https://www.tinkercad.com/things/cLR...atterie/editel

Le circuit ne se maintient pas fermé quand j'appuie sur le poussoir et que la tension est à son max : 7.2V

Bien sûr que si, soit tu as entré des mauvaises valeurs ou un mauvais schéma dans le simulateur, soit ce simulateur ne possède pas les caractéristiques correctes du transistor ou ...

Mais évidemment comme je l'ai écrit, si la bobine n'est pas équivalente à celle que j'ai prise en exemple (5V, 50 ohms) ... tous les calculs sont à refaire.

Comme écrit dans mon message précédent :
Supposons une bobine 5V 50 ohms
Les calculs qui suivent dépendent de cet a priori ... d'autres caractéristiques de bobine induisent évidemment d'autres valeurs des composants.

Le hFE d'un 2N2222 est > 50 avec Ic = 150 mA et VCE = 1 V ... hfE un poil plus grand à Ic = 100 mA (et VCE = 1 V)
Pour enclencher le relais, il faut un courant de 2 mA (probablement un peu moins) dans la base.

Dans ces conditions, avec les valeurs calculées Rsérie zéner = 470 ohms :

Si VBE = 0,7 V, le courant dans la zener et la résistance en série (470 ohms) est Iz = (7,2 - 3,3 - 0,7) / 470 = 0,007 A (7 mA)
Le courant dans la résistance entre base et émetteur est = 0,7/700 = 0,001 A (1 mA)
Le courant de base du transistor est 0,007 - 0,001 = 0,006 A (6 mA)
Le 2N2222 est saturé puisque Ic max < 7,2/Rbob (Rbob = 40 ohms) = 0,18 A (180 mA) ce qui demande un hFE = 180/6 = 30 ... alors que le 2N2222 a un hFE > 50 ave Ic = 150 mA et VCE = 1V)

Donc contrairement à ce que tu écris ... avec les composants comme décrits (entre autre la bobine du relais) ... le relais est bien enclenché avec Vbat = 7,2 V

Il le reste tant que Vbat reste supérieure à un certain seuil ... qu'on ajustera à la valeur désirée, en réglant le potentiomètre (ce réglage reprend les dispersions sur les caractéristiques du transistor)

Donc le relais est bel et bien enclenché avec une batterie "haute", le contact du relais confirme la fermeture faite par le bouton poussoir ... qui peut donc être relâché.

Et bis repetita ... si la bobine du relais a des caractéristiques différentes, les valeurs des composants sont évidemment à recalculer.
Le principe de calcul reste évidemment le même.

[yobeco]

Bonjour

bonjour
Sans connaître le type exact du relais autant pisser dans une contrebasse !
JR

J'avais bien compris ton message :

bonsoir
Avec ce montage, tout dépend du relais.
JR

J'avais bien mesuré la résistance de la bobine en Ohms et reporté cette valeur dans le schéma (70 Ohms) ...
Mais je viens de relire ce que TinkerCad indique : "Public : Visible et accessible à tous les utilisateurs"

Cela voudrait dire qu'il faut être utilisateur, avoir un compte, pour voir ma simulation... Ce n'est donc pas vraiment publique... Désolé

[jiherve]

bonsoir
le probleme c'est que la resistance de bobine ne suffit pas il faut les courants ou tensions d'enclenchement et de déclenchement.
JR

[Black Jack 2]

bonsoir
le probleme c'est que la resistance de bobine ne suffit pas il faut les courants ou tensions d'enclenchement et de déclenchement.
JR

Bonjour,

Il ne faut pas chercher des problèmes où il n'y en a pas.

La résistance de la bobine et sa tension nominale suffisent.
Le relais s'enclenchera à coup sûr à tension de batterie haute ou même à tension relativement faible à vide (ce qui est le cas avant de pousser sur le BP)
et le déclenchement sera ajusté par réglage du potentiomètre.

La plupart des relais à bobine 5 V vont s'enclencher avec une tension de l'ordre de 3,5 V à 4 V et retomber avec une tension bien plus basse.

Voici un exemple piqué sur le net pour un relais :

Bobine :
Rated voltage : 5VDC
Rated current : 79,4 mA
Coil resistance : 63 ohms
Must operate voltage : 75 % max of rated voltage.
Must release voltage : 10 % min of rated voltage.
Max. voltage : 130 % of rated voltage at 85°C, 170 % of rated voltage at 23°C

Contact :
Rated voltage : 10A at 120 Vac ; 8A at 30 VDC
Rated carry current : 10 A
Max switching voltage : 250 Vac, 125 VDC (30 VDC when UL/CSA standard is applied)
Max switching current : AC : 10A ; DC : 8A
Max switching power : 1200 VA, 240 W
Min permissible load : 100 mA at 5 VDC

Avec des caractéristiques de ce type, il faut le faire exprès pour avoir des soucis.

Il n'empêche que pour des calculs sérieux, il faut connaître le type de relais à utiliser.

[yobeco]

J'ai aussi virtuellement mesuré la résistance de la bobine du relais virtuel. Elle est de 125Ω.

Et au final, si, mon relai déclenche bien

Quand je maintiens le circuit fermé avec un interrupteur, avec le potentiomètre, j'arrive bien à choisir le seuil de déclenchement : par exemple 6V.
(--> Dans le dessin du relai jaune, il y a un petit schéma dont la position de l'interrupteur change s'il y a activation)

Par contre, je ne comprends pas pourquoi le circuit ne s'auto-maintient pas fermé au dessus du seuil.
Si je lâche le poussoir, tout s'éteint... C'est pour ça que j'ai ajouté un interrupteur en parallèle avec le poussoir...

Voici le schéma :
Schéma de BlackJack2-1000px.png

Relais.png

Voici le lien vers la simulation au cas où quelqu'un aurait un compte TinkerCad :
https://www.tinkercad.com/things/cLR...atterie/editel

[DAT44]

Bonjour,
le montage manque probablement de gain, tu peux placer un PNP (commander par le NPN) pour alimenter le relais ainsi tu augmente le gain du montage.
- tu peux aussi a jouter une résistance de retour sur l'entrée pour faire une hystérésis ...
- placer deux diodes entre la basse du PNP et le +, et une résistance en série avec l’émetteur (10 ohms) pour limité le courant dans le relais a 70mA ...

[Black Jack 2]

J'ai aussi virtuellement mesuré la résistance de la bobine du relais virtuel. Elle est de 125Ω.

Et au final, si, mon relai déclenche bien

Quand je maintiens le circuit fermé avec un interrupteur, avec le potentiomètre, j'arrive bien à choisir le seuil de déclenchement : par exemple 6V.
(--> Dans le dessin du relai jaune, il y a un petit schéma dont la position de l'interrupteur change s'il y a activation)

Par contre, je ne comprends pas pourquoi le circuit ne s'auto-maintient pas fermé au dessus du seuil.
Si je lâche le poussoir, tout s'éteint... C'est pour ça que j'ai ajouté un interrupteur en parallèle avec le poussoir...

Voici le schéma :
Pièce jointe 443985

Pièce jointe 443986

Voici le lien vers la simulation au cas où quelqu'un aurait un compte TinkerCad :
https://www.tinkercad.com/things/cLR...atterie/editel

Bonjour,

Je mettrais ta tête à couper que tu as mal câblé le relais.

Les contacts NO se trouvent soit entre les bornes 4 et 8 ou bien entre les bornes 9 et 13 du relais ...
Et il semble bien que, d'après ton dessin, ce n'est pas ainsi que tu as connecté le relais.

[yobeco]

Oui, c'était ça !!!
Le relai était mal branché...
Je suis confus...

Maintenant ça fonctionne bien !

Merci à vous !

[yobeco]

Pour être utile à ceux qui découvriraient ce sujet, voici mon schéma final fonctionnel :



1- Il faut une tension supérieure à 6V (seuil réglable par le potentiomètre) et appuyer sur le poussoir pour que la charge soit alimentée.
2- Si l'on baisse progressivement la tension de l'alimentation (simulation d'une batterie se déchargeant), l'alimentation se coupe quand on passe au dessous du seuil.

Limite :
Ce montage accélère un peu la décharge de la batterie car il consomme.

Avantage :
Ce montage utilise peu de composants et uniquement des composants basiques, il est donc peu onéreux.

[DAT44]

Bonjour,
afin d'éviter la consommation électrique du relais tu peux essayer en tout transistors , non?

Quel est la consommation en courant maximum de la charge ?