courant de polarisation de la diode AS431

[VictorElec]

Bonjour à tous,

Je viens vers vous car j'ai besoin de votre contribution pour résoudre mon problème.

Je souhaiterais calculer le courant de polarisation de ma diode AS431 utilisée en régulation. Le problème en est que je trouve toujours un courant négatif quelque soit la méthode que j'utilise. ça me paraît blizzard de trouver un courant négatif pour polariser ma diode.

Voilà ci-joint le schéma sur lequel je dois déterminer ce courant de polarisation (iz). Ce n'est pas moi qui ai fait le schéma mais la diode est utilisée pour la régulation du 3V3.
Son datasheet et celui de la diode de l'optocoupleur sont aussi en pièce-jointe.

Merci d'avance pour vos suggestions. J'ai fait plusieurs tentatives sans pouvoir trouver un courant positif...
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[Piefra]

Bjr,

Pourquoi un schema si complique ?

Cdlt

[Antoane]

Bonjour,

En effet, tu trouves que I114 est <0, ce qui est impossible. Deux conclusions possibles :
- tu as fait une erreur de calcul (ce n'est pas le cas)
- l'une des hypothèses de départ n'est pas valide.
Ici, supposer que la tension sur la broche "ref" de la 431 est égale à 2.5 V ne fonctionne pas. Le circuit de régulation n'est donc pas opérationnel.



Pour analyser un circuit, et encore plus pour trouver une erreur, il est souvent bon de commencer par le simplifier. Ici, le montage se réduit fortement après avoir supprimé les résistance inutiles, celles en parallèle, tous les composants n'intervenant qu'en dynamique....

Par ailleurs, d'un point de vue pratique, ce circuit ne peut pas fonctionner car la tension entre cathode et anode du 431 doit être supérieure à la tension sur la broche de référence. il faut donc au moins 2.5 V aux bornes de la 431, et encore 1.2 V au bornes de la led de l'opt-coupleur... soit >3.7V au total... impossible donc pour ce montage d'être implémenté sur une alimentation délivrant moins de 3.7 V. On utilisera donc, par exemple, une référence de tension plus basse, par exemple une TLV431 qui délivre 1.24 V.

[VictorElec]

Antoane, ce schéma est implémenté dans des cartes électroniques ayant une durée de vie de plus de 20 ans ! Je ne sais pas comment ils ont fait la conception mais le schéma est quand-même bien fonctionnel. D'ailleurs j'ai mesuré la valeur de Vref sur la carte et j'ai obtenu 2.5V. Il faudrait peut-être que je mesure aussi les valeurs de Vka du AS431 et Vf de la diode de l'optocoupleur.

Si vous êtes d'accord sur ma méthode de calcul, c'est déjà un point positif pour moi pour tirer des conclusions..

A+

[A voir en vidéo sur Futura]

[Antoane]

Si tu regardes sur un montage réel, il peut être nécessaire de prendre en compte les dispersions des composants : refais le calcul avec Vref = 2.49 V par exemple (soit un écart de 0.4 %).

La valeur de 1.2 V de Vf pour l'opto est donnée en typique sous 20 mA, on en est loin dans cette utilisation.

[VictorElec]

La tension Vf (Forward voltage) n'intervient pas dans mes calculs. Je les ai écarté avec le Vka du AS431 pour éviter toute fausse hypothèse.
La seule hypothèse ici est qu'en régime continu les condensateurs se comportent comme un circuit ouvert et ne laissent pas passer le courant.

J'ai fait le calcul avec Vref = 4.9V mais le résultat est presque le même qu'avec 2.5V. Le courant est toujours négatif...

A+

[Antoane]

La tension Vf (Forward voltage) n'intervient pas dans mes calculs. Je les ai écarté avec le Vka du AS431 pour éviter toute fausse hypothèse.

Elle intervient dans ma remarque sur la possibilité de faire fonctionner ce circuit avec la contrainte Vref + Vd < Vout

J'ai fait le calcul avec Vref = 4.9V mais le résultat est presque le même qu'avec 2.5V. Le courant est toujours négatif...

Je peux me planter, mais avec Vref = 2.49 V, je trouve I114 = +7.7509e-04 A

[VictorElec]

C'est moi qui me suit trompé. En effet, avec Vref=2.49V on obtient un courant positif

Par contre, selon ma compréhension en tant que débutant en électronique, Vref est un paramètre intrinsèque. Sa valeur est imposé et régulée par l'ampli qui est intégré dans le AS431.
Est-ce Vref peut changer de valeur en fonction de la valeur des composants de mon schéma ? Si oui, il va me falloir donc déterminer d'abord le Vref puis calculer le courant de polarisation. Le calcul de Vref me semble complexe vu le peu de donnée que j'ai...

Est-ce que vous aurez une idée pour calculer Vref dans un premier temps du coup ?

A+

[Antoane]

Vref est effectivement une valeur intrinsèque du composant. La valeur nominale est de 2.5 V, mais il y a une uncertitude initiale et une déviation avec le temps et la température qui font que la valeur s'écarter de 2.50000 V.

Ici, on voit que le montage ne peut pas fonctionner avec Vref = 2.5000 V et Vout = 3.3000 V.

Ceci dit, pour calculer le courant de polarisation de la 431, tu peux supposer que Vout = 3.3 V ou que Vref = 2.5 V... dans les deux cas, tu trouveras Vbc ~ 3.3 V

[VictorElec]

Est-ce que tu veux dire que je ne peux pas supposer les deux en même temps ?

Sinon je serai obligé de mesurer l'une des deux puis utiliser cette valeur pour pouvoir déterminer mon courant.
Est-ce normal (électroniquement parlent) d'utiliser une valeur que l'on mesure sur la carte pour déterminer une inconnue en l'occurrence le courant de polarisation ?

A+

[Antoane]

Est-ce que tu veux dire que je ne peux pas supposer les deux en même temps ?

Oui, ce sont tes calculs qui le montrent : avec Vref = 2.500 V & Vout=3.300 V, le courant est négatif dans la diode... ce qui montre qu'il y a un problème.
Enfin... En fait, c'est la combinaison de toutes les incertitudes du montage qui aboutissent à ce résultat : tolérance des résistances, etc.

Sinon je serai obligé de mesurer l'une des deux puis utiliser cette valeur pour pouvoir déterminer mon courant.

Les mesures ne donneront pas des valeurs exactes, et uniquement valides sur un point de fonctionnement donné : il suffira que la tempßerature change un peu pour que les valeurs des composants soient modifiées.
Ces mesures ne sont donc pas nécessairement utiles/pertinentes.

Est-ce normal (électroniquement parlent) d'utiliser une valeur que l'on mesure sur la carte pour déterminer une inconnue en l'occurrence le courant de polarisation ?

C'est pire que ca... Ici, on parle de valeurs qui ont toutes une valeur relativement exacte, avec unefaible incertitude (de l'ordre de quelques pourcents). Certains paramêtres sont bien moins bien définis. le gain / CTR de l'opto-coupleur, par exemple, sera généralement considéré comme constant, mais pourra varier d'un facteur 5 à 10 suivant les conditions d'utilisation.
C'est le role du concepteur de s'assurer que son montage est robuste : les incertitudes (tolérance des résistances ou de Vref) doivent avoir un impact acceptable sur la tension de sortie.


Pour avancer dans ton exercice :
- tu peux supposer que Vref = 2.500 V, et en déduire le courant de polarisation du 431 en supposant que le courant dans la led est nul. Tu peux en déduire la valeur de Vin et la comparer à celle initiallement prévue (3.3 V).
- dans un second temps, tu peux supposer que Vin = 3.3 V et en déduire le courant de polarisation du 431 en supposant que le courant dans la led est nul. Tu peux en déduire la tension aux bornes de R6 et la comparée à 2.500 V
- enfin, tu peux comparer les deux valeurs de courant obtenues (même si ca n'a pas vraiment d'intéret).

Tu es face à un montage partiellement sur-contraint : il y a trop d'informations pour qu'elles soient toutes valides.

[VictorElec]

Merci Antoane pour tes suggestions intéressantes ! J'en tiens compte pour faire mes calculs. Je te reviens plus tard si j'en tire des conclusions...

Bonne soirée !

[VictorElec]

Bonjour,

J'ai une autre question sur le calcul du même courant de polarisation mais sur un autre schéma.
Le circuit AS431 est utilisé ici en mode comparateur.
Mon problème est que le courant de polarisation (iz) ne doit normalement pas dépasser 150mA mais d'après mon calcul (voir en pièce-jointe) je trouve 299mA, ce qui me paraît énorme !

Est-ce ma méthode de calcul qui n'est pas bonne ou bien quelqu'un voit autre chose ?

En vous remerciant par avance !

[Antoane]

Bonjour,

Qu'est ce qui te permet d'écrire que le courant venant total venant du bus 3.3 V vaut 300 mA ?

Si I_R128 valait ~300 mA, alors la tension ax bornes de R128 serait de 30 V... ce qui est bien sûr impossible.

[VictorElec]

Bonjour Antoane,

Le courant nominal de mon 3V3 vaut 300mA c'est pourquoi je me suis permis d'écrire un truc du genre mais tu as raison cela ne peut pas être possible.

Mon but est de déterminer le courant de polarisation de ma diode AS431 mais je ne sais pas du coup comment faire cela sans connaître le courant venant du 3V3.

Quelqu'un aurait une idée ?

En vous remerciant par avance

[lutshur]

Bonjour,
C'est quand même un peu confus pour celui qui n'a pas suivi depuis le début. Bibi, ma pomme, moi.
Polariser l'AS431, c'est lui fournir le courant minimal exigé pour qu'elle fasse son boulot correctement ? Que dit le datasheet, 1mA comme les TL431 ?
Et son courant maximal admissible est de 100mA, comme les TL431 ? Au-dessus, adieu petite diode

[VictorElec]

Bonjour luthsur,

C'est exact ce que vous venez de dire sur les caractéristiques de la diode. Elles sont indiquées dans la datasheet.

Mon but est de déterminer par calcul le courant de polarisation de la diode. La méthode que j'ai présentée ne pourra pas marcher puisque je ne connais pas le courant partant du 3V3...

[Antoane]

Bonjour,

C'est vraiment pas facile... il faudrait prendre en compte toute la chaine de feedback.

Un calcul relativement faisable et pertinent est le calcul de R28. Cette résistance doit permettre de laisser s`écouler un courant suffisant I° dans la 431 (e.g. I°=1 mA) pour que celle-ci fonctionne bien, même lorsque le courant dans la led MA7 soit nul.
Pour celà, il faut prendre en compte la tension max aux bornes de la led permettant que le courant y circule soit nul, en déduire la tension aux bornes de R28, et donc la valeur de R28 pour que le courant circulant dans la 431 soit égal à I°.

[jiherve]

bonjour
il n'y a pas besoin de faire des calculs pour écrire que iZ = iR128!
le calcul des courants du pont diviseur n'a aucun intérêt seul compte son ratio;Et comme ce bazar doit être une limitation de surtension il faut tenir compte des caractéristiques de l'opto et du comportement du montage aval pour déterminer la valeur de ce ratio.
Comme déjà souligné par Antoane 2,5v+1,2V = 3.7v > 3,3 v .
avec les valeurs du schéma l'AS431 boucle à partir de 3,716v ce qui permet un chouilla de courant dans l'opto, à ce moment iZ = 160µA si Vd = 1,2v.
JR

[lutshur]

Quelle idée de prendre du 3,3V pour alimenter une AS431 + une diode d'optocoupleur + des résistances en série. On ne s'amuse pas à choisir des valeurs aussi "limites", trop dépendantes des tolérances des composants. Soit on part sur du 5V, soit on utilise une référence plus faible, une TLV431 (comme déjà dit par Antoane)

[VictorElec]

Pour la remarque d'Antoane : je ne suis pas sûr que le courant traversant la diode de l'opto peut être nul étant donné les éléments de la figure 7 de sa datasheet.

Pour la remarque de jiherve : Comment avez-vous trouver iz=160µA ? Je sais qu'on peut appliquer la loi des mails dans ABCD mais on connaît pas le Vka de AS431 parce qu'on ne peut pas se permettre de dire que Vka=Vref=2.5V !

Pour la remarque de lutshur : J'ai fait le calcul pour le +5V aussi mais c'est le même problème, je ne connais pas e Vka

Le schéma pour le +5V est donné en pièce-jointe

[Antoane]

Ca dépend de ce qu'on appelle "nul" 10 uA, par exemple, comparé au 1 mA circulant dans R27... C'est à peu près nul. Et nul doute que si Vf=0, alors If=0. La figure 7 de la datasheet est trompeuse : elle est en semi-log. Avec des échelles linéaires, on trouverait une belle exponentielle.
C'est justement pour trouver Vak qu'il faut passer par le Vf@If=0. On peut aussi utiliser le Vf typique, mais cela sur-estime le courant de polarisation dans le pire-cas.

[lutshur]

Pour la remarque de lutshur : J'ai fait le calcul pour le +5V aussi mais c'est le même problème, je ne connais pas e Vka

La diode est bloquée lorsque la tension sur sa patte Ref est inférieure à 2,5V (typique). Ika_Off vaut au pire 1µA.
La diode conduit lorsque la tension sur sa patte Ref atteint 2,5V. Vka_On dépend de la source de tension (ici 5V), de la chute de tension dans la charge (V sur R84 + V diode de l'opto//R27).
En clair, Vka = 5V - (Vr84+Vdiode//R27). Connaitre Vka ne sert pas à grand'chose.
Et en fait R27 n'est là que pour éviter que le courant de fuite Ika_Off n'allume la diode. On la choisit pour que la tension à ses bornes soit inférieure au seuil VF de la diode

[Antoane]

@Lutshur : Avec ce dimensionnemet de R27, le courant minimal dans la led de l'opto lorsque Vout est à sa valeur nominale est de l'ordre de 1 mA requis pour que la tension de référence soit à sa valeur nominale.
R27 devrait plutôt être dimensionnée pour assurer un bon fonctionnement du 431 indépendamment de Vout, i.e. telle que son courant de cathode soit toujours au-dessus de ~1 mA.

https://www.ti.com/lit/an/slvaf37/sl...=1646323619754

[lutshur]

@Antoane
Je suis d'accord si la zener programmable était utilisée en régulateur shunt, cad si on voulait avoir Vka régulée. Là il faudrait le courant minimal de 1mA pour son bon fonctionnement.
Dans le montage proposé, et comme noté par jiherve, c'est le courant dans l'opto qui va informer un autre circuit de la nécessité de lever le pied. Ce à quoi il va obéir pour que Vref de la zener reste à 2,5V. La zener conduit alors juste ce qu'il faut pour que l'équilibre soit établi.

[Antoane]

Certes, mais pour que la zener soit capable de piloter correctement l'opto, il lui faut au moins ~1 mA de Ik.
Sans cela, la tension de sortie de l'alim sera inférieure à la valeur nominale. C'est une conséquence de la figure 4 de la datasheet (https://www.ti.com/lit/ds/symlink/tl...=1646281384779) : avec seulement 100 uA de Ik, la tension de sortie de l'alimentation sera ~ 40 % plus basse que nominale.

[lutshur]

Effectivement, vu comme ça...
Si on reste raisonnable, la différence est acceptable. Exemple, Rshunt de la diode de l'opto avec un rapport de 1 à 47 : on n'a pas une différence énorme.

[Antoane]

Dans tes simulations, un courant de l'ordre de 10 mA circule dans le NPN de l'opto, ce qui correspond à ~7 mA dans sa led. Il n'y a alors pas le problème de sous-alimentation du 431. La résistance parallèle n'a alors pas vraiment d'intérêt.

Dans ton schéma, c'est lorsque le Ib requis par le NPN balast pour maintenir la tension de sortie à 5 V sera proche de 10 mA, et donc que le NPN de l'opto devra être bloqué, et donc que la led de l'opto ne devra pas être alimentée, qu'il risque d'y avoir un problème car la 431 travaillera alors dans son coude.

[lutshur]

Dans tes simulations, un courant de l'ordre de 10 mA circule dans le NPN de l'opto, ce qui correspond à ~7 mA dans sa led. Il n'y a alors pas le problème de sous-alimentation du 431. La résistance parallèle n'a alors pas vraiment d'intérêt.

Un peu quand même. Sinon le courant de fuite va vraiment fausser la régulation.

Dans ton schéma, c'est lorsque le Ib requis par le NPN balast pour maintenir la tension de sortie à 5 V sera proche de 10 mA, et donc que le NPN de l'opto devra être bloqué, et donc que la led de l'opto ne devra pas être alimentée, qu'il risque d'y avoir un problème car la 431 travaillera alors dans son coude.

Oui. Je n'ai pas encore vu de montage linéaire comme ça. C'est plus dans les alims à découpage, où il subsiste de l'ondulation (parfois même assez importante). Et en général, on met 1k ou 1,5k en // de l'opto.

[jiherve]

re
le composant commence à conduire bien avant 2,5V , il peut être utilisé dans le coude de sa caractéristique iK/vK.
https://www.diodes.com/assets/Datasheets/AS431.pdf
La resistance en // de la Led de l'opto sert à l'amorçage.

Comment avez-vous trouver iz=160µA ? Je sais qu'on peut appliquer la loi des mails dans ABCD mais on connaît pas le Vka de AS431 parce qu'on ne peut pas se permettre de dire que Vka=Vref=2.5V !

ben si si on suppose que l'engin passe en régulation donc vADJ = vRef mais voir la courbe dans la datasheet.ce n'est pas du on/off et pour la led non plus
JR