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Protection contre les surintensités



  1. #1
    Tempor

    Question Protection contre les surintensités


    ------

    Bonjour,

    Je voudrais réaliser un petit circuit de limitation de courant pour des projets futurs. J'aimerais avoir votre avis sur le schéma et quelques indications sur les composants à utiliser.

    Voici le circuit :

    Nom : Screenshot_20220101-140600_Drive-ConvertImage.jpg
Affichages : 141
Taille : 42,6 Ko

    C'est un circuit plutôt basique à base de comparateur, thyristor, relais et une résistance de puissance.

    La tension aux bornes de la résistance variable RV1 varie de 0 à 0.4 V, elle permettra de régler le seuil de limitation de 0 à 4 ampères. La tension aux bornes de R1 est donnée par la loi d'ohm, donc 1 ampère correspond à 0.1V.

    À l'état initial la charge est alimentée à travers le relais en position repos. Le thyristor est bloqué. Dès que la tension aux bornes de R1 dépasse la limitation fixée, la gâchette du thyristor est alimentée et fait basculer le relais sur sa position travail, il coupe le courant de la charge. La tension aux bornes de R1 chute à zéro, le thyristor sert à maintenir cette coupure jusqu'à enlèvement du court circuit ou de la surintensité, et du redémarrage de l'alimentation.

    Avec une intensité de 4 ampères j'aurais besoin que R1 puisse encaisser au minimum 1.6W (R*I²).

    Maintenant viennent les questions.

    1. Une résistance de 2W pourrait faire l'affaire pour cette utilisation ? Ou bien c'est trop près des 1.6W cités plus haut ?

    2. Imaginons que je veuilles appliquer ce montage en aval d'une alimentation type ATX. En cas de court-circuit le courant sera égal à Imax, donc environ 18 ampères pour la sortie 12V. Est ce que le temps de réponse du montage suffira à empêcher cette surintensité ? Ou bien en cas de court circuit R1 se prendra inévitablement 18 ampères dans la gueule ?

    3. J'aimerais quelques références sur les composants à utiliser, notamment le comparateur (je n'aurais besoin que de 8 pins) et le thyristor.

    4. Juste pour la forme, ce type de circuit est il souvent utilisé pour ce genre de protection ? Je retrouve souvent des LM324 près de résistances de puissance dans des circuits d'alimentation, je me demandais s'ils étaient utilisés pour cette tâche.

    Merci pour vos réponses !

    -----

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  3. #2
    Piefra

    Re : Protection contre les surintensités

    Bjr, et meilleurs voeux

    Dur dur pour repondre

    Pour precision , quel est le but de cette protection ?
    Proteger la source , proteger la charge ou bien proteger le circuit de protection ( self protect )

    Si la src est une alim atx , en general est gere deja sa self protection
    Si la charge , elle beneficie deja de la protection atx et si il y a un court jus a 18A avant elle , elle est protege par le court jus
    Si c'est proteger R1 , alors pourquoi faire ca
    Un dijoncteur de maison qui a subi un vrai court jus franc , pas un surcharge ponderale ( c'est de saison ), n'est plus conforme et devrait etre change
    Et ne fonctionne plus en general ( bobine cramee )
    Donc si r1 crame elle aura fait office de fusible, dailleurs c'est le but recherche dans certains montage avec une puissance juste limite du courant max voulu

    Le montage est bien pour ajuster le courant max a la demande , mais un fusible ou R fusible fera le boulot si le courant est fixe

    Si ca peut vous eclairer
    Cdlt

  4. #3
    Tempor

    Re : Protection contre les surintensités

    Merci pour ta réponse Piefra ! J'avais complètement oublié qu'on était le 1er janvier, bonne année et meilleurs vœux !

    Pour apporter plus de précisions à ma question de base, le but de ce montage est de protéger la charge, l'atx disposant effectivement d'une protection plutôt efficace.

    Cependant si je devais utiliser ce même circuit sur un autre type d'alimentation, celle-ci se verrait aussi protégée non ? Puisque le courant serait redirigé à travers R4 vers la masse ?

    D'ailleurs le fonctionnement de la protection d'une atx ressemble assez à celui obtenu avec le montage plus haut. On est obligé de redémarrer l'alimentation en cas de court-circuit afin qu'elle re-fournisse du courant (rôle du thyristor dans mon circuit).

    Ce que j'aimerais faire c'est créer une limitation de courant pour la charge, pour travailler avec 1 ou 2 ampères (4 en max) par exemple à la place des 18 fournis par l'atx. Même si je travaille avec depuis 2 ans sans avoir eu de souci, à ce qu'il paraît quand ça fait griller quelque chose ça le fait pas à moitié, j'aimerais éviter.

    En ce qui concerne les fusibles j'y ai pensé mais le but étant de travailler avec des courants différents il faudrait le changer à chaque session, ce qui est plutôt embêtant.

    La question que je me pose est la suivante, si on court-circuite directement la charge, la résistance R1 va elle se prendre un courant de 18 ampères (max fourni par l'atx) ou bien la protection se déclenchera avant et elle sera protégée ? En théorie le courant devrait se couper dès que la tension aux bornes de R1 dépasse celle de RV1, donc à 0.41V au seuil maximum, ce qui représente 4.1A. Sauf qu'en pratique je ne sais pas trop si le trio comparateur-thyristor-relais aura un temps de réponse suffisamment rapide, et si la tension différentielle sera assez grande pour l'enclencher à 0.1V près. Logiquement la protection de ce circuit devrait se déclencher sans entraîner celle de l'atx, dans le cas contraire il serait juste inutile.

    Je ne m'amuserais pas à court-circuiter le montage mais un peu de théorie c'est bien.

  5. #4
    antek

    Re : Protection contre les surintensités

    Il faudrait expliciter "protéger la charge", pour moi ça consiste à limiter sa tension d'alimentation, à moins que la charge soit un circuit complexe. Dans ce cas la protection doit se situer dans l'alim (limitation de courant par diminution de tension).

    D'autre part, je crois (fermement) que ton circuit va osciller dès son activation.

    Avec un relais le temps de réaction n'est pas bref (voir la datasheet du relais).
    KIS - keep it short

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

    Re : Protection contre les surintensités

    Salut antek,

    Protéger la charge dans le sens où elle ne sera plus alimentée dès que la limite de courant sera dépassée. Il y a bien d'autres circuits qui font ce que tu décris, baisser la tension d'alimentation dès que le courant devient important, j'ai un L200CV qui remplit cette tâche et qui pourrait convenir, cependant j'ai voulu faire mon propre circuit.

    Quant à l'oscillation que-ce qui pourrait la provoquer ? Normalement à partir du moment où le thyristor devient passant il va le rester tant qu'il y a un courant qui passe de l'anode vers la cathode non ? Du moins tant qu'il est supérieur au courant de maintien en principe. Ou bien tu parles d'autre chose ?

  8. #6
    antek

    Re : Protection contre les surintensités

    Ah pardon, j'avais zappé le thyristor . . .
    KIS - keep it short

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  10. #7
    Piefra

    Re : Protection contre les surintensités

    Re,

    Le plus long dans l'activation de la protection sera le relais
    Et tant qu'il restera colle le courant passera et ne sera limite que par R1 + le court circuit de la charge ( soit 0 si cc pur )
    Et ce jusqu'au decollement du relais ou coupure de l'atx si plus rapide
    Apres c'est combien de temps effectif ( impossible a dire sans precision de l'aop , du thr et du relais ) et selon la R1 et sa capacite a dissiper sa chaleur avant de fumer ,
    il n'y a pas forcement les 18A de l'alim mais seulement les 120A qu'elle limitera , ce qui suffira a la faire fumer
    Si tu ne veux pas que ca fume il faut une 200W !
    Ou bien faire des tests reels et constater , en fonction du temps mesurer tu pourras trouver la puissance a choisir en calculant la dissipation thermique a faire

    Cdlt
    Dernière modification par Piefra ; 01/01/2022 à 20h49.

  11. #8
    Tempor

    Re : Protection contre les surintensités

    Ah pardon, j'avais zappé le thyristor . . .
    C'est rien antek, ça m'avait un peu étonné aussi

    Le plus long dans l'activation de la protection sera le relais
    Et tant qu'il restera colle le courant passera et ne sera limite que par R1 + le court circuit de la charge ( soit 0 si cc pur )
    Et ce jusqu'au decollement du relais ou coupure de l'atx si plus rapide
    Apres c'est combien de temps effectif ( impossible a dire sans precision de l'aop , du thr et du relais ) et selon la R1 et sa capacite a dissiper sa chaleur avant de fumer ,
    il n'y a pas forcement les 18A de l'alim mais seulement les 120A qu'elle limitera , ce qui suffira a la faire fumer
    Si tu ne veux pas que ca fume il faut une 200W !
    Ou bien faire des tests reels et constater , en fonction du temps mesurer tu pourras trouver la puissance a choisir en calculant la dissipation thermique a faire

    Cdlt
    Merci encore pour ta réponse Piefra !

    Effectivement le relais semble être le composant le plus problématique relativement aux autres. En faisant quelques recherches j'ai trouvé ces données :
    - Temps de basculement du relais max : 10 us.
    - Temps d'amorçage du thyristor : entre 200 et 500 ns.
    - Temps de basculement de la sortie de l'aop : aucune donnée la dessus mais il doit être relativement faible j'imagine.

    En imaginant que toute l'opération prendra une dizaine de microsecondes, j'imagine qu'entre temps la résistance aura déjà eu le temps de griller. Enfin, demain je me prends les composants dont j'aurais besoin puis j'effectuerais des tests comme tu l'as dis Piefra. J'essaierais d'abord les surintensités et je laisse le court circuit pour la fin. Dans le pire des cas cette protection ne pourra s'appliquer qu'en cas de surintensité, et la résistance R1 servira toujours de fusible au cas où.

    En parallèle j'essaierais de trouver un moyen de reproduire le comportement d'un relais avec des transistors, sans doutes plus appropriés niveau temps de réponse.

    Entre temps si quelqu'un a une idée je suis toujours preneur, merci !

  12. #9
    Piefra

    Re : Protection contre les surintensités

    Bjr,

    Pourquoi ne pas faire un limiteur de courant qui regule au lieu de couper ?
    Comme une alim de labo

    Au lieu de piloter un relais , ca pilote un ( ou plusieur ) transistor de puissance ( un 2035 par ex )
    Pour 5A il en faut 2 et ca devrait suffire puisque tu ne veux pas plus de 4, pas besoin de reguler a 18
    c'est meme pas sur que l'atx y monte

    Cdlt
    Dernière modification par Piefra ; 02/01/2022 à 10h02.

  13. #10
    Antoane
    Responsable technique

    Re : Protection contre les surintensités

    Bonjour,

    A la louche, je dirais que le temps de réponse de ce genre de montage est > 1 ms, principelement à cause du relais.
    • R6 est a priori inutile : il suffit d'utiliser un relais 12 V.
    • De manière amusante, la diode de roue-libre sur le relais peut être superflue si il y a un découplage suffisant du bus 12 V (pour assurer qu'il soit possible d'y renvoyer l'energie stockée dans la bobine du relais).#
    • J'aurais plutôt vu le SCR avec sa cathode à la masse et le relais entre le Vcc et son anode.
    • Avec ce montage, il faut un comparateur qui ne soit pas à sortie en collecteur ouvert. Le 393, le 311... ne conviennent donc a priori pas. Le LM324 est un AOP, et non un comparateur.
    • Il serait bon d'ajouter un peu de filtrage des tensions d'entrée du comparateur, ce qui permettra eventuellement de permettre le dépassement de courant à la mise sous tension du à la charge des condensateurs d'entrée du circuit alimenté.
    • La puissance d'une résistance désigne la puissance max qu'elle est capable de dissiper sans dépasser sa température max de fonctionnement dans des conditions de refroidissement cannoniques. C'est donc une valeur limitée par la thermique. Une impulsion de puissance (très) supérieure est donc possible puisqu'elle n'a pas le temps d'échauffer la résistance. L'amplitude max de cette impulsion dépend de la technologie de la résistance et doit être donnée dans la datasheet. Vishay propose par exemple un applet : https://www.vishay.com/resistors/pow...ip-calculator/
    • 400 mV est relativement élevé... Il serait possible d'utiliser une valeur de shunt plus 4 à 10 fois plus faible. Cela complique cependant un peu le routage (nécécité d'un montage 4-fils propre) Un capteur à effet Hall pourrait également convenir, tout en simplifiant le montage (plus grande sensibilité, isolation, routage plus simple... tandis que la plus faible précision de ces capteurs nèst pas un vrai problème pour cette application).
    • Note bien qu'avec ce montage, la masse de l'alimentation n'est pas celle du montage. Cela peut poser des problèmes, par exemple si la masse de l'alim est reliée à la terre (comme c`est le cas pour une ATX) et que tu veux relier la masse du montage à la terre via la pince de masse d'un oscillosocpe ou d'un GBF.
    • Plus généralement, j'aurais utilisé un disjoncteur statique, constitué d'un gros MOSFET solide.
    Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.

  14. #11
    Bitrode

    Re : Protection contre les surintensités

    Oui, il existe des Mos avec protections intégrées (smartmos par exemple BTS50055).
    Un relais c'est au moins 10ms pour les plus rapides et les thyristors c'est périmé comme techno...

  15. #12
    Tempor

    Re : Protection contre les surintensités

    Merci pour toutes vos réponses, j'ai eu cours aujourd'hui et je ne peux répondre que maintenant.



    Salut Piefra et merci encore pour l'attention que tu portes à mon topic !

    Justement le but est de reproduire une sécurité similaire à celles des alimentations de labo. Le concept que tu as évoqué m'intéresse, j'ai essayé de chercher 2035 sur google mais les résultats sont vagues, c'est la référence complète ?

    Et d'après ce que j'ai compris la protection est integrée. C'est fiable et ça ne risque pas d'endommager le composant à la longue ? Je vois beaucoup de circuits intégrés avec des protections contre les surintensités, notamment certains régulateurs tels que le LM317 mais j'ai jamais fais confiance à ces protections.

    Si tu as plus de précisions sur ce circuit ou carrément un schéma en guise exemple je ne peux pas demander plus.



    Hey antoane, merci pour ta réponse extrêmement précise.

    - Pour R6 je pensais l'utiliser uniquement pour limiter le courant au besoin de la bobine du relais, mais si elle n'est pas nécessaire tant mieux. Donc la bobine ne tirera que ce dont elle a besoin en courant (enfin la résistance de la bobine) ?
    - C'est intéressant de se dire que la diode de roue libre n'est pas nécessaire, comme c'est possible, le courant résiduel pourrait s'évacuer à la masse normalement ? En cherchant découplage sur google je tombe sur les condo de découplage, c'est bien ce que tu entends ?
    - Pour le thyristor c'est la première fois que j'en utilise un, donc le relais devrait plutôt être avant l'anode. Quelle est la différence entre les deux ?
    - Pour les comparateurs à collecteur ouverts je vais me documenter aussi, c'est la première fois que je fais attention à cette distinction.
    - Pour les condensateurs effectivement ça serait une bonne idée pour réduire le temps de réaction à la mise sous tension, tu penses à des condensateurs céramique ?
    - En ce qui concerne l'impulsion de forte intensité que tu évoques j'y ai pensé à un moment, la résistance ne devrait pas avoir le temps de chauffer normalement et devrait pouvoir supporter un fort courant le temps de quelques microsecondes, merci beaucoup pour le lien, je vais m'y pencher !
    - Pour le capteur à effet hall et le fait de réduire la valeur de shunt j'avoue que je suis largué sur ce point, mes connaissances sont encore trop limitées j'imagine (étudiant) pour saisir l'utilité de faire cela, si tu pouvais me donner un peu plus d'explications (ou un lien) ça m'aiderait vraiment beaucoup. ^^
    - Pour la mise à la terre effectivement je n'y avais pas pensé aussi, il faudrait que j'étudie un peu plus la question également.
    - Et pour conclure je comprends ton avis là dessus, ce n'est sans doute pas le montage le plus efficace pour effectuer cette tâche, si tu as des références concernant ces MOSFETs je m'y pencherais aussi.

    Je suis encore nouveau en ce qui concerne la réalisation de projets et j'ai encore beaucoup à apprendre concernant la conception de circuits "concrets" et efficace. Jusqu'ici je me suis contenté de ce qu'on nous enseignait à la fac, et ça s'avère très insuffisant comparé à tout ce qu'il y a à savoir sur l'électronique, du coup je m'y mets.

    Enfin, suite à ta réponse tu comprendras que j'ai beaucoup d'interrogations, je ne sais pas si tu prendras le temps de répondre à chaque point mais je m'y consacrerais en me renseignant en tout cas, du coup je te remercie vraiment de m'avoir aiguillé sur pas mal de choses !



    Salut Bitrode, pour le BTS50055 en voyant le datasheet le courant de limitation à l'air d'être de l'ordre des 60 ampères ce qui est plutôt puissant.
    C'est une piste intéressante et je vais essayer de trouver des équivalents avec des limitations plus petites.

    Merci encore tout le monde, plus que pour ce montage toutes vos réponses sont vraiment instructives !

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  17. #13
    Piefra

    Re : Protection contre les surintensités

    Re,

    J'ai cette alim depuis plus de 20 ans : https://tsf.pagesperso-orange.fr/tsf/alim-elc.htm
    Et je m'en sert encore au quotidien , a part quelques fausse manip avec des batteries qui mon crame la diode de polarite inversee sur la sortie, elle n'a jamais moufte

    Cdlt

  18. #14
    Bitrode

    Re : Protection contre les surintensités

    Le BTS50055 dispose d'une broche mirroir de courant, donc le niveau de courant est paramétrable assez aisément sous réserve de mettre en place un comparateur ou une bascule latchée pour le mettre OFF si dépassement d'une consigne.
    Il peut aussi être interfacé avec un microcontroleur disposant d'un ADC par exemple.

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