Mosfet P channel- Commutation USB/Batterie

[JS7777]

Bonjour à toutes et à tous,

Alors voilà, pour un projet perso j'ai créer un circuit électronique qui peut être alimenter par USB ainsi que par une batterie de type li-ion.

Il y a un circuit de commutation entre l'USB et la batterie, lorsque ma carte est alimenté par USB la batterie est déconnecté et se charge grâce à une puce de chargement, si il n'y a pas d'alimentation USB branché alors la batterie prend le relais.

Le reste de mon circuit se compose d'un ESP32, étant donné que celui-ci est doit être alimenté en 3.3v l'alim USB passe par un simple régulateur linéaire 3.3v. Pour la batterie vu que sa tension varie entre 3V et 4,2V j'utilise un petit convertisseur buck/boost qui fait le tout.

Pour la commutation j'utilise un Mosfet P-channel, je suis donc parti sur un PMN50EPE qui à une faible résistance RDS(ON).

Après prototypages et maintes tests je m’aperçois quelque chose qui cloche:

En simulant la batterie lithium grâce à une alim de laboratoire pour vérifier que tout fonctionne correctement je m’aperçois une grosse chute de tension à la sortie de mon régulateur buck/boost, cela passe de 3.7V (normalement 3.3V mais en prenant en compte Vf de la diode) à 2.30V quand la batterie (alim pour simuler) est à 3.1V.
Au début j'ai cru à un problème au niveau du convertisseur mais son entrée accepte 2.5v minimum ce qui me paraissait bizarre.

Après quelques mesures supplémentaires je m'aperçois que la chute de tension provient du Mosfet P.
A sa source j'obtiens bien la tension de la batterie(alim) mais à son drain je vois une chute de tension assez énorme,quand je simule la batterie avec mon alimentation au alentour de 2.9V-3.1V j'ai une tension au drain de 2.3v, une perte de 0.6v ce qui est énorme ce qui explique pourquoi mon convertisseur buck/boost ne suivait pas.
A noter que je n'ai pas une telle perte à une tension supérieur, à 3.5v je note une perte de 0.05v.

Ce que je comprend pas c'est pourquoi une telle perte alors que la résistance RDS(ON) indiqué dans la datasheet est très faible, je dois louper quelque chose et je sens que c'est une erreur assez bien stupide.


Si vous souhaitez m'aider voici le lien de la datasheet du Mosfet ainsi qu'une partie de mon schéma.

En vous remerciant d'avance pour votre aide.
Cordialement

PMN50EPE: https://eu.mouser.com/datasheet/2/91...PE-1600019.pdf


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[jiherve]

bonsoir
le PMOS n'est pas adapté, voir fig 8
JR

[JS7777]

Bonsoir,

Merci pour votre réponse.

je suis actuellement en train de regarder la Figure 8.

Si j'ai bien compris la figure avec Vgs -3.3V à un courant de 1A j'aurai à peu près 0.8ohm de résistance ?

J'ai oublier de le noter dans mon message mais mon circuit consomme environ 0.07A soit 70mA.

Pouvez-vous me confirmez que dans mon cas-ci Vgs est égale à la tension de la batterie ?

En vous remerciant

[jiherve]

re
oui le vgs sera celui imposé par la batterie si vcc = 0
JR

[A voir en vidéo sur Futura]

[JS7777]

Merci!

Mais je ne comprend toujours pas pourquoi j'ai une perte de 0.6V avec l'entrée de la source 3.1V dans un circuit qui consomme 70mA en lisant la Figure 8.
Même avec une résistance de 0.160ohm on devrait avoir Rds(on)=0.07*0.16=0.112v de perte.

[jiherve]

re
aurais tu un oscilloscope ?
Si oui regarde la tension drain.
à tout hasard place une 10nF en // de la 10k de pulldown ou change la par une 1k.
es tu sur de ton montage?
JR

[JS7777]

Je pourrais voir ça sur oscilloscope demain matin.
Je testerai aussi pour le condo en parallèle et la résistance.
Pour le montage le schéma correspond au routage de ma carte, j'ai cependant vérifier maintes fois pour être sur.
En regardant la Figure 8 j'ai aussi regarder celle d'a coté, la 9, ne serait-ce pas le problème par hasard? Pour 3v la courbe ne semble jamais atteindre une résistance.
(Ce qui expliquerai le fait que j'ai une perte bien plus faible et négligeable à une tension supérieur de 3.2v, mon circuit dans ce cas-ci fonctionne bien).


Je fait tout cela demain matin puis je posterai les résultats.
En tout cas je vous remercie de votre temps

Bonne fin de soirée

[jiherve]

re
oui c'est en effet genant et suffisant pour ce probléme, j'avais zappé cette courbe.
JR

[JS7777]

Je confirme que c'était dû à cela, j'ai pu trouver un mosfet adéquat à mon application.
Je vous remercie encore pour votre temps.

[jiherve]

bonsoir,
merci pour le retour.
JR

[Antoane]

Bonjour,

D'une manière générale, mieux vaut éviter de concevoir avec les courbes, qui ne sont que des valeurs typiques. C'est d'autant plus vrai avec les MOSFET, qui présentent de fortes dispersion... Le V_{gs th}, paramêtre très important lorsqu'on regarde le réseau de caractéristiques dans la mesure où c'est lui qui définit où se placent les courbes par rapport à une valeur de Vgs "centrale", est indiqué comme compris entre -1 et -3V...
Pour prendre une valeur particulière : dans le pire cas, si ton MOSFET a un V_{gs th} de -3 V (lequel empire à basse température), alors avec 3 V de tension de commande, la tension disponible en sortie sera nule (Vds = -3V) et le courant de drain ne sera que de 250 uA...


Pour un bon design en commutation, il faut regarder la ligne définissant la drain-source on-state resistance. Ici, elle est donnée pour Vgs = -10 V et Vgs = -4.5 V, ce qui signifie que ce composant ne devrait pas être utilisé pour des tensions de commandes inférieures.


Tu peux trouver un mosfet spécifié @ Vgs = -3.3 V (ou moins) à partir des catalogues fournisseurs, ou directement chez les fondeurs, par exemple celui de Vishay est pratique : https://www.vishay.com/mosfets/

[JS7777]

Bonsoir,

Merci Antoane pour ces détails!

D'ailleurs j'aurai une question supplémentaire concernant mon circuit.

Comme dit précédemment j'ai pu trouver un Mosfet adéquat, en faite c'est le seule que j'ai pu trouver qui est "correcte" à ma disposition.

Mosfet P-channel SI2345DS Datasheet: https://alltransistors.com/adv/pdfda...n/si2345ds.pdf

J'ai fait quelques mesures avec ce nouveau mosfet:

Cas n°1
Tension à la source du mosfet : 4,07V
Tension au Drain du mosfet : 4,06V
Courant : 70mA
Tension VGS : -3,51V
Tension à la grille = 0,55v

Cas n°2
Tension à la source du mosfet : 3,03V
Tension au Drain du mosfet : 3,02V
Courant : ~100mA
Tension VGS : -2,47V
Tension à la grille = 0,55v

Chose qui me dérange c'est que j'ai une tension entre la grille et la masse de 0.55v alors que je n'applique aucune tension à celle-ci (pour le cas de mon schéma cela serait le connecteur USB), ce qui explique pourquoi Vgs n'est pas identique à la tension de la batterie (branché à la source).
Pour le cas 1 > VGS= 4,07-0,55 = ~3,51V

Un éclaircissement sur ce point serait la bienvenue.
En vous remerciant

[Antoane]

Bonsoir,

je ne suis pas sûr de comprendre le problème. Tes mesures sont cohérentes. Trouver 550 mV de potentiel de grille est effectivement assez étrange : R2 devrait la tirer à zéro lorsque rien n'est connecté sur VCC_USB. Ca pourrait être du à une fuite de courant de la sortie vers l'entrée de IC", mais on s'attendrait alors à avoir une tension de grille variant relativement linéairement avec la tension de batterie.

[jiherve]

Bonjour,

The MCP73831/2 provide protection from a faulted or shorted input. Without the protection, a faulted or shorted input would discharge the battery pack through the body diode of the internal pass transistor.

donc débrancher la pin 4 du MCP73831 et mesurer!
JR

[JS7777]

Merci à vous deux pour vos réponses.

je ne suis pas sûr de comprendre le problème. Tes mesures sont cohérentes. Trouver 550 mV de potentiel de grille est effectivement assez étrange : R2 devrait la tirer à zéro lorsque rien n'est connecté sur VCC_USB. Ca pourrait être du à une fuite de courant de la sortie vers l'entrée de IC", mais on s'attendrait alors à avoir une tension de grille variant relativement linéairement avec la tension de batterie.

En effet j'ai penser à une fuite de courant mais malheureusement en faisant d'autre tests ce matin ma carte ne marchait plus, je me suis aperçu que j'ai maintenant une tension d'environ ~3V à la grille de mon mosfet alors que rien n'est connecté sur VCC_USB.
Possible que mon mosfet à lâcher à cause d'une mauvaise manipulation.
Malheureusement par manque de temps j'ai pas pu regarder en détails.

donc débrancher la pin 4 du MCP73831 et mesurer!
JR

Intéressant ça, je ne savais pas, merci pour l'info.
Vu que j'ai déjà intégré une protection pour la batterie dans mon schéma (qui n'est pas sur le schéma en #1 vu que je ne trouvais pas ça pertinent) je ne me suis pas demander si il y avait une protection de ce genre en supplément.
Je mesure ça demain!

Merci à vous.