Protection d'un chargeur de batterie contre les inversions de polarité

[Yvan_Delaserge]

Bonjour,

Je me propose de réaliser le chargeur de batterie suivant, que je viens de trouver sur le Web:



Le fonctionnement est assez simple. Une fraction de la tension de la batterie à surveiller est comparée à une tension de référence. Si la tension de la batterie est inférieure à celle-ci, la sortie du comparateur CA3140 est au niveau haut, ce qui fait conduire la diode LED du photocoupleur 4N35, débloquant le phototransistor qui active le thyristor de puissance et permet un courant de charge à travers la batterie.

Le thyristor une fois activé conduit en permanence jusqu’à ce la tension à ses bornes ou que le courant qui le traverse devienne nul; cette configuration se reproduit 100 fois par seconde du fait du redressement du courant de charge par un pont de diodes à la sortie du transformateur. Si la tension est supérieure, la sortie est au niveau bas, le transistor et le thyristor ne conduisent pas, la batterie ne se surcharge pas.

Il est impératif pour le bon fonctionnement du montage de l’alimenter par une tension redressée et non stabilisée; c.à.d. pas de condensateur de filtrage, car sinon le thyristor une fois amorcé ne cesserait pas de conduire, entraînant la destruction de la batterie en charge. L’avantage est que cette configuration est la plus économique: un transformateur et un pont de diode.


Le réglage est simple: une fois la batterie connectée, puis le montage alimenté, on règle le potentiomètre de 47 K de manière à pratiquement éteindre la LED pour une tension de 13,8 V aux bornes de la batterie. Pour le réglage il est impératif qu’une batterie au plomb soit connectée sinon la tension aux bornes de sortie serait ininterprétable.

Le montage et son explication me paraissent clairs,
J'aimerais toutefois lui ajouter une protection contre les inversions accidentelles de polarité.
Comment pourrait-on faire cela?

[Yvan_Delaserge]

Je pensais ajouter deux diodes comme ceci. Qu'en pensez-vous?

[Jeryko]

Bonsoir,

En cas d'inversion de la batterie, le CA3140 ne sera jamais alimenté puisque la diode verticale sera polarisée en inverse.
Donc le thyristor ne sera jamais commandé.

La diode horizontale est donc inutile.

[Yvan_Delaserge]

Super, merci Jeryko!

[A voir en vidéo sur Futura]

[penthode]

il est de bon ton de citer les source

http://jean.francois.pion.free.fr/Chargeur_pb_gros.html

[Yvan_Delaserge]

Merci Penthode.

[Yvan_Delaserge]

J'ai realise le montage et il y a deux questions que je me pose:

1) Avec le montage alimente sous 12 V et selon le reglage du potentiometre, la sortie du comparateur prend les valeurs 0 ou 6 V.
Est-ce bien ce que l'on doit obtenir? Ou bien est-ce que les tensions de sortie du comparateur devraient etre soit 0 V soit une valeur plus proche de 12 V?

2) Sur le montage, on voit que la resistance en serie avec la LED rouge et la LED de l'optocoupleur a une valeur de 5 KOhms. N'est-ce pas excessif? Il me semble que l'on devrait avoir un courant d'environ 15 mA dans les deux LEDs. Une resistance de 500 Ohms ne serait-elle pas mieux a sa place?

[Yvan_Delaserge]

Voila, j'ai remplace la resistance de 5 Kohms par une de 380 Ohms. La LED s'allume maintenant.

Mais je rencontre maintenant le probleme suivant: L'hysteresis du comparateur est beaucoup trop importante.
Si je regle le potentiometre pour que la charge de l'accumulateur s'arrete a 13,8 Volts, alors la recharge ne debute que lorsque l'accumulateur est decharge jusqu'a 11,4 Volts. C'est beaucoup trop bas.
Comment faire pour reduire cet enorme hysteresis de 2,4 Volts?

En recherchant la datasheet, je me rends compte aussi que le CA3140 peut etre utilise en comparateur, mais n'est pas vraiment un comparateur. C'est un ampli op.

[Antoane]

Bonjour,

My 2 cents :
- 1er cent : le courant dans ce montage n'est limité que par les éléments parasites, il n'est pas du tout maitrisé -- ni en RMS, ni en moyen, ni en peak.
- 2e cent : le CA8140 est un ancètre avec des performances "assez" mauvaise pour un tel projet. Par exemple, la led indicatrice de sortie n'est pas qu'un voyant, c'est un élément fonctionnel permettant de compenser la tension de saturation de l'AOP

[Yvan_Delaserge]

Hello Antoane.
Tu veux parler du courant a travers le thyristor?
C'est vrai. On compte sans doute sur le fait que le courant fourni par le chargeur est limite d'origine. D'apres la page web, il s'agit d'un montage a ajouter a un chargeur de batterie ancien, ceux qui etaient constitues d'un transfo, un pont de diodes et un amperemetre, plus un disjoncteur.

Meme un AOP antique devrait etre capable de comparer deux tensions d'entree 100 fois par seconde, non?
La LED, on pourrait la mettre en serie avec le circuit de sortie de l'optocoupleur. Tu crois qu'elle a un effet sur l'hysteresis du comparateur?

[Yvan_Delaserge]

Je me demande si le probleme ne pourrait pas venir de la resistance de 10 kOhm qui alimente la zener?
On a moins de 1 milliampere qui circule dans la Zener. Est-ce suffisant pour assurer que la tension aux bornes de la Zener reste constante lorsque la tension d'alimentation varie?
Parce que si ce n'est pas le cas, les deux tensions a l'entree du comparateur vont varier. L'une juste un peu plus vite que l'autre, ce qui expliquerait le fort hysteresis.

[lutshur]

Bonjour,

Est-ce suffisant pour assurer que la tension aux bornes de la Zener reste constante lorsque la tension d'alimentation varie?

Il y a un bon moyen de le savoir : mesurer.
Calcul, en admettant que la zener garde une tension constante, ce qui est vraisemblablement faux :
- à une tension de batterie de 11,4V, la 10k voit à ses bornes 11,4-0,7-6.2 = 4.5V
- à une tension de batterie de 13,8V, elle voit 13,8-0,7-6,2 = 6,9V
Le courant qui la traverse est augmenté de 1,5 fois.
Sinon, tu peux alimenter cette zener par du courant (relativement plus) constant. Ou bien tu changes de zener

[Yvan_Delaserge]

Voilà, j'ai fait les mesures.

Le montage est alimenté en connectant une alimentation de laboratoire à la place de la batterie. Le thyristor et le chargeur (à gauche sur le schéma) ne sont pas connectés.

La tension aux bornes de la Zener reste stable à 6,1 V pour une tension d'alimentation comprise entre 7,2 et plus de 15 V. Donc le problème ne vient pas de là.

La LED s'allume si la tension de l'alimentation (là où se trouverait la batterie) est inférieure à 10,9 V.
Elle s'éteint si la tension est supérieure à 13,4 V.

Ce n'est pas satisfaisant. C'est bien de stopper la recharge dès que la batterie atteint 13,4 V ou même un peu plus. Mais on ne peut pas laisser la batterie se décharger jusqu'à 10,9 V avant de la recharger.

[lutshur]

Donc le problème ne vient pas de là.

Les symptomes montrent pourtant que l'hystérésis non voulue pourraient être consécutifs à une tension de référence instable.
Tu as obtenu le même résultat avec l'alim de labo qu'avec le montage réel ?
Au sujet de la LED, tu demande au CA3140 de débiter plus que ce pourquoi il est prévu (voir son datasheet). Si tu veux absolument qu'elle s'éclaire pour être bien visible, il faudra amplifier le courant de sortie de l'AOP.

[Yvan_Delaserge]

Les symptomes montrent pourtant que l'hystérésis non voulue pourraient être consécutifs à une tension de référence instable.
Tu as obtenu le même résultat avec l'alim de labo qu'avec le montage réel ?

Le montage réel n'est pas encore réalisé. Je vérifie les choses au fur et à mesure.

Au sujet de la LED, tu demande au CA3140 de débiter plus que ce pourquoi il est prévu (voir son datasheet). Si tu veux absolument qu'elle s'éclaire pour être bien visible, il faudra amplifier le courant de sortie de l'AOP.

Je ne crois pas. Selon la datasheet, le courant de sortie maximum est de 10 mA.



La chute de tension dans la LED rouge est de 1,58 V.
Celle dans la LED de l'optocoupleur est de 1,08 V.
On a donc 3,84 V de chute de tension dans la résistance. Si la valeur de la résistance est de 380 Ohms, on aura un courant de 10 mA.
On est donc au maximum de ce que peut fournir le CA3140, mais comment faire fonctionner une LED ou un optocoupleur avec moins de 10 mA?

[Yvan_Delaserge]

L'optocoupleur peut certes fonctionner avec un courant de diode inférieur à 10 mA, mais les mesures de référence de la datasheet sont spécifiées avec un If de 10 mA.

[umfred]

il faut peut-être remettre la valeur d'origine de la résistance à la sortie de l'AOP

[lutshur]

Je ne crois pas. Selon la datasheet, le courant de sortie maximum est de 10 mA.

Tes calculs ont été faits pour une tension batterie de 7,2V. Encore que... d'après ton tableau, la tension de sortie est à 2 V du rail positif.
On aurait Vbatt - Vdiode - VLed - Vopto - 2V = 1,84V. Donc courant de 5mA.
Juste en dessous de 13,4V pour la batterie, la tension sur la résistance serait de 8V et le courant de 21mA.

Citation Envoyé par lutshur Voir le message
Les symptomes montrent pourtant que l'hystérésis non voulue pourraient être consécutifs à une tension de référence instable.
Tu as obtenu le même résultat avec l'alim de labo qu'avec le montage réel ?
Le montage réel n'est pas encore réalisé. Je vérifie les choses au fur et à mesure.

Par montage réel, il fallait comprendre le montage, même expérimental, qui n'est pas alimenté par l'alim de labo. Celui qui te pose problème