Modification schéma DC/DC

[MatthieuW31]

Bonjour,

J'ai développé une carte utilisant un DC/DC permettant de convertir la tension d'une batterie 3.7V (EEMB 3.7V) en 12V.
Voici le schéma de la conversion:
3v3-12v.png

J'ai besoin d'activer ou non cette fonction à l'aide d'une sortie discrète (3.3V) issue d'un microcontrôleur. Actuellement, la broche EN est pilotée par ce microcontrôleur. Seulement, lorsque le DC/DC est censé être inactif, on retrouve à sa sortie la tension Vbat - Vd4 à cause de la diode D4, soit environ 3V (suivant la charge de la batterie). Or, il me faut 0V. J'ai donc intercallé (en volant) un MOS canal P entre L2 et D4, piloté par le microcontrôleur. Le montage était le suivant:
3v3-12v MOS.png

Seulement depuis que j'ai fait cette modification, j'ai un court-circuit entre l'alimentation en 3.3V du µcontrôleur et la masse (de mémoire, j'ai fait cette manip il y a quelques mois -> en tout cas la carte est morte ).

Est-ce que le schéma de la modification est correct? Le MOS est un SI2365EDS-T1 que j'avais sous la main. -> Il se peut que le schéma soit bon mais qu'en faisant la modif sur la carte je me sois trompé.
Est-ce que ça pourrait venir de la bobine qui était chargée au moment du blocage du MOS? Si oui, vaut-il mieux mettre le MOS en amont de la bobine?
Ou alors y a-t-il une meilleure solution de faire ce que je veux? La carte existe déjà (il m'en reste 2 exemplaires), ce serait de la modification en volant.

Merci d'avance,

Matthieu
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[umfred]

ça ne serait pas plus logique de couper avant L2 (entre VBatt et L2/vin) ?
tu es sûr de bien avoir 0V sur ton EN?

[MatthieuW31]

Effectivement, couper en amont est peut-être mieux mais c'est plus compliqué de faire comme ça sur la carte existante.

Concernant EN, oui son niveau bas est bien un 0V propre. Mais même si le circuit est inactif, on retrouve logiquement 3V en sortie à cause de la diode.

[lutshur]

Bonjour,
Et pourquoi pas mettre le Mosfet supplémentaire en AVAL, après C15, C16, C17.
Comme tu as fait, s'il y a un mauvais timing, la surtension de la self va tuer le transistor.

[A voir en vidéo sur Futura]

[MatthieuW31]

J'y ai pensé mais le 12V est sur un plan d'alim interne à la carte, donc ce n'est pas évident et pas propre car il faudrait dessouder les 3 bornes positives des 3 capas en parallèle.

[Antoane]

Bonjour,

Le gros problème de cette instalation, c'est que le P-MOSFET va ajouter une inductance de maille possiblement non négligable (suivant la réalisation pratique).
Et à fsw = 1 MHz, chaque nH compte.

Quel est le courant de charge ? avec 5A dans l'inductance, le MOSFET, même avec ses ~40 mOhm de Ron (seulement 3.3 V de Vgs + température due à l'auto-échauffement), peut dissiper une puissance non-négligeable.

Le blocage du PMOSFET lorsque le courat dans l'inductance ne devrait pas être un problème majeur : lors du blocage du PMOS, sa grille va passer au potentiel 3.3 V. L'inductance va tenter de faire circuler un courant dans sa source, ce qui va faire monter le potentiel source jusqu'á ce que le Vgs soit suffisant pour rendre le composant passant, vidant de son énergie la self.

En l'absence du PMOS, le potentiel sur la broche SW du CI sera un carré entre 0 et Vout. Par conséquent, le PMOS verrait une tension carré entre :
- 0 et Vout lorsque la sortie du MCU est à zéro
- 3.3V et Vout - 3.3V lorsque la sortie du MCU est à 3.3 V.

Supposant que le Vgs ne dépasse pas les 8 V maximum tolérés.

As-tu fait une simulation du montage ? Ca se fait aisément en remplacant le CI par une source carrée et un NMOSFET de découpage.

Les mots-clefs pour ta recherche pourraient être "boost converter load disconnect".
Ca ne répond pas à ta demande de modiufication d'une carte exitante, mais on trouve des solutions intégrées.
eg. https://www.analog.com/en/parametric...344|5575|s3|s5 => sélectionner "load disconnect"

[MatthieuW31]

Bonjour Antoane, merci pour cette réponse!

Quel est le courant de charge ? avec 5A dans l'inductance, le MOSFET, même avec ses ~40 mOhm de Ron (seulement 3.3 V de Vgs + température due à l'auto-échauffement), peut dissiper une puissance non-négligeable.

Le courant de charge sera de seulement 400mA max, donc ça ne devrait pas poser de problème.

En l'absence du PMOS, le potentiel sur la broche SW du CI sera un carré entre 0 et Vout. Par conséquent, le PMOS verrait une tension carré entre :
- 0 et Vout lorsque la sortie du MCU est à zéro

Dans ce cas ça voudrait dire que le PMOS voit 12V, par conséquent une puissance dissipée max de 12Vx0.4A = 5W, ou 2.5W pour un duty cycle à 50% par exemple. Sachant que ce modèle dissipe environ 1.7W max, peut-être qu'il a été détruit et par la suite ça a engendré des dégâts sur ma carte?

[lutshur]

J'avais repéré un schéma qui me paraissait étrange. J'en ai trouvé un autre, similaire, dans le datasheet du LT1961. Plus de problème de tension résiduelle, non ?

[MatthieuW31]

J'avais repéré un schéma qui me paraissait étrange. J'en ai trouvé un autre, similaire, dans le datasheet du LT1961. Plus de problème de tension résiduelle, non ?

Ah oui effectivement Lutshur, merci pour ce schéma, c'est un bonne idée!
Je vais placer une capa de 10 ou 47µF entre D4 et L2, logiquement ça devrait marcher.

Edit: d'ailleurs si je mets un condo polarisé, le + doit être côté sortie comme vout est plus élevée que vin non?

[lutshur]

Mauvaise idée avec le condo polarisé. Il n'y a guère que les chimiques qui le sont, et ils ne sont pas bons en HF. A 1 MHZ, le condo va chauffer, sûr et plus si affinité.

[MatthieuW31]

Mauvaise idée avec le condo polarisé. Il n'y a guère que les chimiques qui le sont, et ils ne sont pas bons en HF. A 1 MHZ, le condo va chauffer, sûr et plus si affinité.

Oui c'est ce que je me suis dit après avoir posté, surtout que la capa chimique sera dans le mauvais sens suivant que le CI soit actif ou non.

[lutshur]

Ca se contourne en mettant 2 condos polarisés de valeur double, tête-bêche.
Je pêche dans le comportement des chimiques en HF, alors j'ai fouillé un peu du coté des tantales.
Le document trouvé ne mentionne leurs ESR qu'à 100kHZ. Va savoir pour une fréquence supérieure
https://static4.arrow.com/-/media/ar...dtsh-11_17.pdf

[Antoane]

Bonjour,

Le condensateur de liaison du SEPIC est fortemet stressé, il faut un bon condenateur. Un MLCC est le choix standard.
Le Sepic n'est pas une structure triviale... quitte à refaire une carte, je resterais sur un boost (idéalement à redressement synchrone) avec option "load disconnect", ou avec un switch hard en sortie.

Dans ce cas ça voudrait dire que le PMOS voit 12V, par conséquent une puissance dissipée max de 12Vx0.4A = 5W, ou 2.5W pour un duty cycle à 50% par exemple. Sachant que ce modèle dissipe environ 1.7W max, peut-être qu'il a été détruit et par la suite ça a engendré des dégâts sur ma carte?

Non, car cette tension carrée 0/12 V est sur la source du PMOS, qui fonctionne ici en commutation.

Supposant que les tensions en ju ne sont pas trop grandes et ne risquent pas d'endomager le composant, ce montage est fonctionnel. Mais il ajoute une inductance de maille possiblement non-négligeable.

[MatthieuW31]

Je pêche dans le comportement des chimiques en HF, alors j'ai fouillé un peu du coté des tantales.
Le document trouvé ne mentionne leurs ESR qu'à 100kHZ. Va savoir pour une fréquence supérieure

Effectivement, je pense qu'il vaut mieux du céramique que du tantale sur ce coup-ci.

Le Sepic n'est pas une structure triviale... quitte à refaire une carte, je resterais sur un boost (idéalement à redressement synchrone) avec option "load disconnect", ou avec un switch hard en sortie.

Hélas les cartes sont déjà existantes et ça me coûterais assez cher de les faire refaire. Je vais donc partir sur une capa MLCC à 25V et je verrai ce que ça donne.

Merci pour votre aide!

[Antoane]

Est-ce que tu veux partager une photo de ton proto (avec le PMOS additionnel) et du layout ?

Je ne suis vraiment pas doué en control, mais je ne suis pas sûr que la boucle de régulation du boost puisse directement fonctionner avec un SEPIC.

[MatthieuW31]

Voici le PCB complet tiré de EasyEDA:
01.jpg

Une vue 3D avec les composants dont le modèle 3D existe:
03.png

Et la partie concernant cette fonction avec notamment U5, L2 et D4:
02.png

Hélas j'avais câblé le PMOS en volant et l'avais enlevé en voyant que ça n'avait pas arrangé les choses, je ne peux donc pas envoyer ce qui est vraiment demandé.
Le DC/DC alimente en 12V (réglable) un NE556 fournissant un oscillateur modulant et un oscillateur modulé. Le signal est amplifié et passe dans un mini HP.
On entend donc un son en permanence dans le HP car Vout est à peu près égal à Vin lorsque le DC/DC est inactif.

[lutshur]

On entend donc un son en permanence dans le HP

Si c'est le seul souci, tu peux agir sur les Reset du NE556

[MatthieuW31]

Oui j'y ai pensé mais c'est pas très pratique car j'utilise des composants CMS et mon fer à souder n'est pas terrible, il faut que j'investisse. C'est pour ça que je préférais agir au niveau de la diode qui est plus facile à dessouder qu'une patte de CI CMS.

[lutshur]

Sur l'image 02.png, on voit que la partie 1 du 556 génère la dent de scie qui va moduler la partie 2.
Ce n'est pas la partie 1 qui va gêner, mais la partie 2 qu'il faut empêcher de fonctionner. Effectivement Reset2 est difficilement modifiable.
Il suffit alors de bloquer au moyen du couple THRES/TRIG ou de DISCH. Le but est de garder C6 en permanence chargé ou déchargé, ce qui bloque l'astable.

[lutshur]

Tu peux aussi faire pareil pour C4 si la dent de scie te chagrine.

[lutshur]

Chers amis du jour, bonjour,
Veuillez excuser le gloubi-glouba. Voici une traduction plus acceptable :
Il suffit de garder C6 déchargé, au moyen d'un NMOS, pour ne plus entendre la sirène.

[MatthieuW31]

Chers amis du jour, bonjour,
Veuillez excuser le gloubi-glouba.

Bonjour, ce n'est pas grave, je découvre les messages ce matin!

Il suffit de garder C6 déchargé, au moyen d'un NMOS, pour ne plus entendre la sirène.

Merci, c'est aussi une possibilité, oui. (et bravo pour la lecture du schéma à partir du PCB!)

Le système fonctionnant sur batterie, mon but est aussi de couper cette génération du 12V au plus tôt dans la chaîne. Je garde donc cette possibilité en tête mais testerai d'abord l'ajout de la capa en série avec la diode. Je vais m'occuper de ça en début de semaine prochaine.

[Antoane]

Bonjour,
Note que pour le sepic, il y a un condensateur en plus, mais aussi une bobine.
Et le dimensionnement n'est pas le même que pour un boost

[MatthieuW31]

Note que pour le sepic, il y a un condensateur en plus, mais aussi une bobine.
Et le dimensionnement n'est pas le même que pour un boost

Pour toi rajouter un condo comme j'ai prévu de faire ne va pas suffire?

[lutshur]

Euh non. Au minimum, une diode en inverse depuis la masse en plus, pour faire un genre de pompe de charge. Mais ça ne doit pas être terrible.
https://www.analog.com/media/en/tech...ets/lt8333.pdf sur ce datasheet, on trouve des explications sur le SEPIC. Intéressant !

[MatthieuW31]

Euh non. Au minimum, une diode en inverse depuis la masse en plus, pour faire un genre de pompe de charge. Mais ça ne doit pas être terrible.
https://www.analog.com/media/en/tech...ets/lt8333.pdf sur ce datasheet, on trouve des explications sur le SEPIC. Intéressant !

OK merci, je lirai ça après noël!
Mon but est juste de couper le 3.7V continu de la batterie lorsque le DC/DC est off, donc je ne comprends pas pourquoi il me faudrait faire une pompe de charge.

[Antoane]

Bonjour,

> Pour toi rajouter un condo comme j'ai prévu de faire ne va pas suffire?
le courant dans une diode est par nature à moyenne non nulle. Or, le condensateur est en série avec la diode, donc un courant de moyennenon-nulle circulerait dans le condensateur. Comme la tension aux bornes du condensateur est l'intégrale du courant y circulant, la tension aux bornes du condensateur divergerait.
Le montage ne fonctionne donc pas.

Plus généralement : jamais de condensater en série avec une diode (sauf zener ou autre).

[lutshur]

Mon but est juste de couper le 3.7V continu de la batterie lorsque le DC/DC est off, donc je ne comprends pas pourquoi il me faudrait faire une pompe de charge

Une fois que le condo aura transféré sa charge, D4 (ton montage), supposée parfaite, lui interdira de faire autre chose.
L2 (SEPIC) a une fonction similaire à la diode supplémentaire, bien meilleure cependant.

[bobflux]

Le gros problème de cette instalation, c'est que le P-MOSFET va ajouter une inductance de maille possiblement non négligable (suivant la réalisation pratique). Et à fsw = 1 MHz, chaque nH compte.

Oui, ça peut pas marcher, surtout avec un PMOS de 20V... et surtout que ce PMOS a un Vgs de +/-8V max (voir datasheet) donc il est flingué par défaut, et si il tient, un pic de tension dû à l'inductance ajoutée par le câblage viendra le finir de toutes façons. Avec les MOSFET ça finit généralement en court-circuit, donc tension de sortie du boost en direct dans le micro, adieu...

Pour qu'un MOSFET casse en circuit ouvert, il faut que l'énergie disponible soit suffisante pour le faire exploser, en gros, mais ici la tension est trop basse

En plus si le PMOS coupe, le TPS55430 va trouver ça bizarre de voir une tension trop faible en sortie, et donc il va y aller à fond sur le courant dans l'inductance, ce qui nous créé un mécanisme d'auto-destruction si le micro coupe le PMOS mais active le TPS

Le courant de charge sera de seulement 400mA max

400mA en 12V c'est 1.3A à l'entrée du boost si la batterie est à 3.6V sans compter les pertes...

Bref il faut mettre le PMOS après les condensateurs de sortie, je vois que cette tension de sortie est sur un "copper pour" ou "polygone" (ce n'est pas un plan) qui forme une languette assez fine au dessus de R21, qui serait l'endroit idéal pour couper.

Et il faut pas un PMOS avec un Vgs maxi de 8V.

[MatthieuW31]

Bonjour, merci pour vos réponses que je découvre à l'instant, suite aux vacances!

Plus généralement : jamais de condensater en série avec une diode (sauf zener ou autre).

Effectivement, on ne voit pas de telles associations tous les jours!

Bref il faut mettre le PMOS après les condensateurs de sortie, je vois que cette tension de sortie est sur un "copper pour" ou "polygone" (ce n'est pas un plan) qui forme une languette assez fine au dessus de R21, qui serait l'endroit idéal pour couper.

C'est vrai que c'est l'endroit idéal. Je vais faire ça et vous tiendrai au courant. Il faut déjà que je commande le bon FET avant tout.