Où placer la diode de roue libre d'un relais

[yvan30]

Bonjour
les relais 12V (bobine de 92 et 32 ohms) ne sont pas sur le PCB, distance 40 cm fils de 1mm2, ou mettre les diodes de roue libre sur le PCB (facile) ou directement sur le relais (compliqué cosse Faston 6,3)?
merci
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[penthode]

40 cm de fil ....

tu peux mettre sur le PCB ça protégera le transistor (ou autre élément de commande )

PAR CONTRE , si ton système est susceptible coté CEM y vaudra mieux coller la diode au relais

[Forhorse]

En environnement industriel, les diodes de roue libre sont généralement placées au plus prêt de la bobine, le plus souvent dans le connecteur.
Si ici c'est un relais automobile qui est utilisé, ceux-ci existent avec une diode intégrée.

[yvan30]

Merci
Les miens ne sont pas équipés de diode, donc sur le PCB.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Vincent PETIT]

Bonjour,
La diode de roue libre se place toujours au plus prés de la bobine pour éviter de créer un couplage inductif (inductance mutuelle) avec les boucles de signal aux alentours.

Quand la commande coupe le courant de la bobine de relais la diode D1 créait un chemin d'écoulement évitant une interruption brutale du courant qui aurait causé un pic de tension. Le courant tourne en rond en s'affaiblissant à chaque passage dans la résistance interne de la bobine. Mais cette circulation de courant (dans l'équivalent d'une spire) engendre des lignes de champ qui peuvent se coupler par inductance mutuelle avec des pistes ou câble formant des boucles, à proximité. Il faut donc réduire la valeur d'inductance de la surface entre D1 et la bobine du relais par exemple torsadant les fils faute de pouvoir rapprocher la diode.

[Antoane]

Bonjour,

Voici un schéma modélisant le circuit considéré :


- une alimentation : V1, et son inductance parasite : Ls1
- un condensateur de découplage : C1
- un MOSFET de découpage
- une inducance de charge : LOAD
- l'inductance parasite du cablage entre le MOSFET et la charge : Ls2
- deux positions possibles pour la diode de roue-libre (DRL) : D1 et D2

Supposons que l'on place la diode D1 uniquement :
dans ce cas, lorsque le MOSFET va se bloquer, le courant qui circulait initialement dans la charge LOAD et dans Ls2 va rendre passante la diode et doucement descendre vers zéro, avec une décroissance quasi-exponentielle de constante de temps proche de quelques centaines de us à quelques ms. Cette décroissance est d'allure quasi-identique à celle observée lors de la mise sous tension, et est relativement lente. Elle ne pose pas de problème EMI, ni de stress electrique déraisonnable sur les composants.


Supposons que l'on place la diode D2 uniquement :
dans ce cas, lorsque le MOSFET va se bloquer, le courant qui circulait initialement dans la charge LOAD va rendre passante la diode et doucement descendre vers zéro, avec une décroissance quasi-exponentielle de constante de temps proche de quelques centaines de us à quelques ms. Cette décroissance est d'allure quasi-identique à celle observée lors de la mise sous tension, et est relativement lente. Elle ne pose pas de problème EMI, ni de stress electrique déraisonnable sur les composants.
En revanche, le courant qui circulait initialement dans Ls2 n'a pas de DLR lui offrant un chemin. il va donc engendrer un courant oscillant haute fréquence (définie par Ls2, de l'ordre a priori de qq centaines de nH, et les capacités parasites, de l'ordre de quelques dizaines à millier de pF) peu amorti dans la maille C1-M1-Ls2-D2. Ce courant HF (~ dizaines centaines de kHz), de forte aplitude (initiallement égale à celle du courant de charge), et peu amorti (la résistance d'amortissement est la résistance parasite de la maille) risque clairement de poser des problèmes EMI, voir un stress électrique déraisonnable sur le MOSFET.


Pas de doute donc : pour moi c'est au niveau du transistor qu'il faut mettre la DRL (du moins si on se base sur ces paramètres).
Evidement, on peut être riche et mettre les deux diodes. Ou faire commuter le MOSFET lentement pour tuer le Q et ainsi éviter les oscillations ; cela raccourie le transitoire (donc les perturbations durent moins longtemps), mais accélère les transitoires (donc les perturbations sont plus agressives).

[Qristoff]

Antoane,
ce que tu es en train de dire (si je comprends bien !) c'est que la self de la ligne va créer aussi une surtension à la fermeture qui peut éventuellement créer un stress au transistor dans le cas où on utilise D2.
Mais d'un autre coté, j'entends bien (et j'adhère aussi aux arguments de Vincent vis à vis des champs conduits)
Après, la bascule d'une solution sur l'autre dépend des longueurs de fils entre le transistor et la bobine de toute évidence et au prix d'une DRL, est-ce nécessaire de cogiter ?

[Antoane]

Hallo,
> ce que tu es en train de dire (si je comprends bien !) c'est que la self de la ligne va créer aussi une surtension à la fermeture qui peut éventuellement créer un stress au transistor dans le cas où on utilise D2.
Oui, auquel s'ajoute le courant oscillant de fréquence multi-dizaines à centaines de kHz et d'amplitude initiale le courant consommé par le relais.
Sauf à commuter (très) lentement.

>Mais d'un autre coté, j'entends bien (et j'adhère aussi aux arguments de Vincent vis à vis des champs conduits)
Certes, mais ce champ a une dynamique très faible : décroissance exponentielle de constante de temps de ~ 100s us à ms.

[Vincent PETIT]

Salut,

Certes, mais ce champ a une dynamique très faible : décroissance exponentielle de constante de temps de ~ 100s us à ms.

En effet je reconnais que le couplage ne sera pas fort.

On peut l'estimer d'ailleurs (selon "High Speed Digital Design - A Handbook of Black Magic, H. Johnson and M. Graham") J'aime bien ce livre.



A1 = Aire de la boucle diode et relais (cm²)
A2 = Aire de la boucle R18 et R19 (cm²) R19 peut être l'impédance d'entrée d'un AOP ou d'un ADC
r = la distance qui les sépare (cm)

Le tension de bruit V_noise dans la boucle victime s'approche par :






Mais c'est vrai que le problème que tu as vu Antoane est peut être plus gênant que le couplage inductif. Je ne sais pas si c'est simulable ?

[yvan30]

Bonjour
question si je torsade entre eux les 2 fils qui alimente le relais, est ce que je supprime LS2?

[Antoane]

Bonjour,

question si je torsade entre eux les 2 fils qui alimente le relais, est ce que je supprime LS2?

ca dépend à quoi on compare : si on considère paire torsadée vs. deux fils disjoints volants, alors clairement l'inductance parasite diminue car on diminue la surface de la boucle de courant.
En revanche, si on considère paire torsadée vs. deux fils cote à cote dans ce genre:
nappe-de-20-fils-de-connexion-au-metre.jpg
(mais avec seulement deux fils) c'est moins évident. A mon sens : en théorie, le fait de torsader fait que le champ émi par chauque torsdade va se coupler aux torsades adjacente pour créer une inductance mutuelle négative, ce qui tend à diminuer l'inductance totale de la ligne. En pratique, c'est moins évident car la longueur de chaque torsade est très grande (~cm) devant la distance entre les fils (~mm), donc ce couplage ne sera pas très grand.
J'ai fait le test : j'ai pris un morceau de nappe comme sur la photo précédente (2 fils de ~200 um, au pas de 2.54 mm, Z0=180 Ohm) de 114 cm de long, j'en ai court-circuité une extrémité, et ai mesuré l'inductance (E4990a de chet Keysight) sans torsades, puis avec 42 torsades (i.e. une torsade par 27 mm), 84 torsades (i.e. une torsade par 13.5 mm), 134 torsades (i.e. une torsade par 8.5 mm) et à nouveau sans torsade. L'indctance par mètre est alors :
fs23.png
L'inductance est relativement indépendante du nombre de torsades, seule une augmentation de l'ordre de 1 %, et assez peu signifiative, est observable.

En revanche, torsdader permet de diminuer le couplage inductive avec l'environnement.

[yvan30]

Bonjour et Merci

[polo974]

Sans rien chager au résultat, il me semble que la nappe est au pas de 1.27 mmm.

Nappe typique pour connecteur HE10, soit 2 rangées au pas de 2.54 mm.

[Antoane]

Sans rien chager au résultat, il me semble que la nappe est au pas de 1.27 mmm.

Nappe typique pour connecteur HE10, soit 2 rangées au pas de 2.54 mm.

Bien vu, merci. "Ma" nappe n'est pas celle de la photo, mas c'est effectivement du 1.27 mm.