chargeur batterie par smps

[antek]

Bonjour

Il s'agit de réaliser un chargeur sur le principe du synoptique en PJ. Ce fil reprend plusieurs questionnements abordés précédemment.

Mon nouveau convertisseur AC/DC est un modèle à tension de sortie variable par potentiomètre. Le but est d'abord de remplacer la commande par potentiomètre par une commande en tension issue d'un DAC 0V-5V. Le convertisseur est prévu à l'origine pour fournir de 3V à 12V, la commande par le DAC devra permettre d'obtenir en sortie du smps une tension variant de 5V à 8,4V. Le schéma de la régulation de sortie à l'air simple, il suffit de supprimer le potar 3K et d'injecter une tension directement sur R12 (après avoir diminué sa valeur).
Le smps à l'air de fonctionner à fréquence fixe (environ 45 kHz).
Sa tension résiduelle HF étant de 250 mVc/c, un filtrage ne nuirait pas . . .

Un avis ?
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[antek]

Sur le schéma smps_2 la diode (SS14 - Vf 300 mV à 100 mA) en série avec la 820R est à l'envers. Et comme le schéma me semblait incompréhensible (même avec la diode dans le bon sens), je l'ai refais en considérant un boîtier avec K et REF inversés. Ka semble plus fonctionnel . . .

Par contre, en déconnectant RV1 et en injectant par R12 de 1,8 V à 6 V Vout reste bloquée sur 12 V.
Vbe de Q2 varie alors de 250 mV à 380 mV.

Et merci pour toute réponse

[Antoane]

Bonjour,

Le courant dans l'opto, qui définit la tension de sortie, peut venir de deux sources (ou plutot de deux puits "sink") : la 431, et le NPN. Le courant total est la somme des deux.

1. Le 431 va commecer à conduire lorsque la tension Vref, resp. Vout, atteindra 2.5 V, respect. 5*2.5~ 12.5V. Pour toute tension Vout < 12.5 V, le courant dans le 431 est ~nul, et le courant sera max (saturation) lorsque Vout > 12.5V. La tension max que peut délivrer l'alim est donc précisément de 12.5 V - il y a une référence de tension et un circuit de régulation.

2. Lorsque Vout < 12.5V, le 431 est complétement OFF, et le circuit se réume au NPN, à l'opto, et à quelques résistance. En l'absence de control par DAC (ie comme sur le schéma), la tension de sortie va se stabiliser à une certaoine valeur définie par le CTR de l'opto, les charactéristiques du NPN (ß, Vbe), celles de la diode, et les résistances. Il n'a a priori pas simple de la calculer, et il n'a a aucune reproductivilité, précision, etc.
En gros : le circuit non schématisé présente une certain relation (peu précisément connue, et qui dépend elle-même de divers paramètres tels que la température et la tension d'entrée) entre tension de sortie de l'alim et courant dans le transistor de sortiede l'opto, qui dépend du courant dans la led, qui dépend des charactéristiques des composants.

3. Si tu supprimes le lien entre la base du NPN et Vout, l'alimentation fonctionne en boucle ouverte et il n'y a plus de régulation -- sauf à introduire un asservissement dans le MCU commandant le DAC.


Avec 2-6V sur R12, tu injectes un courant trop faible pour que la tension développée sur D3+R17 soit suffisant pour produire un courant de collecteur sur Q2, qui est donc bloqué. On se trouve alors dans le cas 1. ci-dessus et j'Imagine que les 12V que tu mesures sont en fait 12.5V diminué par la précision des composant et cie.

D'où vient ce circuit ?

[antek]

C'est ce qu'il me semblait, mais je n'ai pas eu le temps de mettre en œuvre mon alim >6 V.

Pour commander Vout à partir d'un DAC 0/5 V au moins deux options se présentent, je m'y attelle.

Il s'agit d'une alim du commerce -> https://www.amazon.fr/dp/B09K3RKVS2/...1_TE_SCE_dp_i2
qui a l'air bien foutue avec de la place dans le boïtier qui d'ailleurs est clipsé et non soudé, le potar est muni d'un interrupteur sur le primaire, alimentation avec PE.

[A voir en vidéo sur Futura]

[antek]

Ce ne sera pas deux options, mais deux voies simultannées.

Dans un premier temps je modifie le diviseur R15/R16 pour obtenir un Vout limité à, j'ai le choix entre 8,27V 8,88V et 9,01V (calculées).
Je ne sais pas encore s'il me faudra filtrer pour diminuer les 250 mVc/c de résiduelle hf, avec perte de tension.
En commançant par le plus simple (voir schéma synoptique) : tension max 8,27 V, une ferrite en sortie de la diode et un condensateur (chimique 33 µF 100V + céramique 4,7 µF 50V) en // sur la charge (12R5 avant de connecter la batterie . . .).
Un avis.?

Par contre pour augmenter Vbe de Q2, augmenter R17, diminuer R12, les deux ?

Ka avance, merci !

[Antoane]

Bonjour,

> Je ne sais pas encore s'il me faudra filtrer pour diminuer les 250 mVc/c de résiduelle hf, avec perte de tension.
La mesure n'est pas nécessairement triviale, et peut-être aisément faussée. Au pire, un filtrage (L) - C ne coute pas grand chose.

> Par contre pour augmenter Vbe de Q2, augmenter R17, diminuer R12, les deux ?
Je ne comprend pas l'intérêt d'un tel schéma (médiocrité de la régulation) sur un produit commercial. A moins qu'il s'agise d'un circuit de base ("building bloc") auquel ils ont décidé d'ajouter une verrue dont la précision et stabilité sont sans grande importance.
Par ailleurs, on ajoute typiquement une résistance en parallèle de la led de l'opto pour pouvoir fournir au 431 les 100uA dont il a besoin pour fonctionner, sans nécessairement alimenter l'opto avec.

> Par contre pour augmenter Vbe de Q2, augmenter R17, diminuer R12, les deux ?
J'utiliserais un montage dans ce genre, de manière à supprimer (ou du moin minimiser) la dépendance de Vout avec les parmétres du NPN :

Vérifier cependant que le NPN a toujours Vce > 1V, y compris lorsque la tension de sortie du DAC est à son max.

[antek]

Bonjour

Comme mon DAC n'est pas fonctionnel, j'ai rajouté ce qui est montré en PJ, mon alim bricolée avec un LM317 ne descendant pas bien bas.
Le résultat étant innacceptable, où me suis-je vautré ?

Au départ ça me semblait bête comme choux . . .

[Antoane]

Bonjour

Peux-tu mesurer la tension aux bornes de R5 ?
les zener de 3.3V ont un coude très peu franc, il est possible que malgrés la 250Ohm, il y ait suffisament de courant dans R5 pour rendre l'opto "suffisament" passant.

Tu peux aussi brancher un potentiomètre (eg 1kOhm) sur la sortie de l'alim linéaire, et mettre son curseur directement sur la base du NPN.

[Antoane]

Bonsoir,

Mais non... c'est ce que j'indiquais en point 3 de mon premier post : le circuit ne peut pas fonctionner en boucle ouverte, le correcteur interne au générateur PWM va partir en saturation.
Il faudrait unedépendence entre entre la sortie du DAC (de l'alim linéaire) et le Vout, qui soit suffisament ("très") rapide.

[antek]

V_E est stable autour de 550 mV, V_B stable autour de 1,15 V et V_CE >= 1,5 V

Donc en dehors de motoriser RV1 de #2
le DAC a une entrée référence externe sur laquelle on pourrait reboucler Vout par un diviseur, je vais creuser de ce côté.

J'espère m'arrêter avant que ça devienne une idée fixe . . .

[antek]

J'avais aussi envisagé de commander V_out par la tension sur le diviseur pour Vref du 431 mais pour la commande par Q ça m'avais échappé . . .

Avec cette nouvelle idée il faudra un switch avant la batterie, V_out étant maximum au démarrage. Ce n'est pas un mal et permettra peut-être d'y glisser un filtrage.
A noter qu'un buffer en sortie du DAC est indispensable, ce sera un TSB611, il suffira de choisir les bonnes valeurs des résistances (prévues pour un MCP6001) de contre-réaction pour obtenir un suiveur . . .

Ce qui devrait se passer :
- au démarrage le DAC est OFF -> V_out=V_max
- le DAC est mis ON avec N=0 -> V_DAC=0 V -> V_out=V_max=V_réf
- ensuite N (valeur à déterminer expérimentalement ?) est chargé
- V_DAC augmente -> Q conduit -> V_out diminue
- V_réf diminue -> V_DAC diminue -> Q cesse de conduire -> V_out cesse de diminuer

Et ça devrait se stabiliser quelque part, mais je ne sais pas prévoir les conditions de non-oscillation . . .
En considérant R2 1K5 et R5 270R, je ne sais pas non plus déterminer VR.

A bientôt et merci !

[bobflux]

Contraintes :

TL431.VREF = 2.5V
Vout = 5..8.6V avec VDAC=0..5V
Démarrage à Vout minimum



Q1 I1 modélisent l'alim à découpage, il ne faut pas les regarder c'est juste pour la simulation.

L'impédance vue par VREF doit rester constante sinon il faudra changer le condensateur de compensation dont la valeur est inconnue : je remplace la contre réaction du TL431 par deux résistances identiques de la même valeur qui donnent la bonne impédance sur VREF. Je vire la "régulation" du courant de sortie à transistor qui ne sert à rien. Quand Q1 est coupé, Vout=5V.

Ensuite l'AOP ajuste la source de courant Q2 en fonction de la sortie du DAC pour monter la tension jusqu'à 8.6V.

Bref, pour charger une batterie il faut une source de courant constant, l'alim est une source de tension, donc je suppose que tu vas ajouter un transistor en source de tension après et que tu veux utiliser ce montage pour ajuster la chute de tension sur le transistor pour que ça chauffe le moins possible ?

[bobflux]

Pardon, je voulais dire : je suppose que tu vas ajouter un transistor en source de courant après.

Contrôler l'alim en courant risque de poser des problèmes car on a besoin qu'elle soit toujours présente et à un minimum de 5V pour alimenter le micro.

Pour l'instant, restons en mode tension :

J'ajoute un circuit pour mesurer le courant en high side, et un double PMOS comme switch pour décider de charger la batterie ou pas ça évite les pertes dans la diode. Il faut deux PMOS "logic level" qui se mettent bien en marche avec un Vgs de 5V, commandés par le micro via Q8. En fait, avec une commande analogique plutôt que logique il doit être possible de s'en servir pour moduler le courant... ou sinon compter sur la résistance de 0.1 ohm et varier la tension, mais il faudra faire bien attention à la précision du DAC qui la contrôle.

[antek]

Contraintes :
. . . . .
Démarrage à Vout minimum

Ka ne faisait pas partie de mon cdc mais je me rend compte que c'est préférable, surtout en cas de coupure de la liaison cde_Vout . . .
L'impédance de sortie du DAC varie avec sa tension de sortie. Ka ne va pas perturber le circuit X2/Q2 ?
Pour information, en quoi mon schéma #11 n'était pas satisfaisant, en dehors du démarrage avec Vout au maximum ?

Je préfèrerai me passer d'un régulateur série. Avec un DAC 8 bit ton schéma autorise une variation de Vout par pas de 13 mV. Je vais tester comme ça avec un 16f1947, ma vieille explorer8 est sortie des cartons. Pour la charge à courant constant rien n'interdit une variation, ce que font la plupart des circuits (pour cause de températion, de limitation en courant de l'alim, . . .). Les accus, si ça n'a pas changé, n'apprécient pas les di/dt un peu forts. Sauf erreur ou omission . . .

L'idée générale ressemble à la la PJ. La batterie et les circuits qu'elle alimente seront dans une boîte indépendante. Pour charger la batterie je connecte simplement le chargeur smps.
La sortie du LDO +5 V peut être de moins de +5 V, ce n'est pas gênant car dans ce cas on sera en début de charge (donc la sortie DAC proche de 0 V), et le µC fonctionne jusqu'à 2,8 V.
Les circuits "divers" consomment moins de 10 mA lorsque désactivés par le µC, qui lui-même consommera en charge batterie . . . pas grand-chose.

[antek]

Pour l'instant, restons en mode tension :

Je ne comprend pas, le point rouge noté out est Vout du smps ? Dans ce cas la batterie se trouve de l'autre côté de la 0R1 et le courant de charge ne passe pas par les switch à PMOS

Et merci !

[bobflux]

L'impédance de sortie du DAC varie avec sa tension de sortie. Ka ne va pas perturber le circuit X2/Q2 ?

Ça dépend de combien elle varie, mais comme le VREF du TL431 est à 2.5V il faut que le transistor soit en dessous.

> Pour information, en quoi mon schéma #11 n'était pas satisfaisant, en dehors du démarrage avec Vout au maximum ?

je l'avais pas vu

> Je préfèrerai me passer d'un régulateur série.

Pour mesurer la tension de l'accu et détecter la fin de charge il faut au moins une référence de tension précise quelque part, mais pas forcément le régulateur...

> Je ne comprend pas, le point rouge noté out est Vout du smps ? Dans ce cas la batterie se trouve de l'autre côté de la 0R1 et le courant de charge ne passe pas par les switch à PMOS

La batterie c'est "I2" à droite qui sert à simuler un courant de charge pour l'alim.

[antek]

Avant tout ça marche (et une bonne nouvelle vaut bien un bonjour) !
Quelques détails pas gênants, surtout pour information :
A vide, avec V_DAC décroissant depuis 5V, V_out se met à osciller lorsque V_DAC atteint environ 1V. L'oscillation ne disparait pas en remontant V_DAC.
Avec une charge de 150R et à la mst du dispositif, une oscillation apparait durant une fraction de seconde.

Par contre un détail, j'ai oublié dans ma demande de tenir compte de la diode en série avec la batterie.
Sur quoi agir pour augmenter V_out d'environ 0,5 V ? - le gain typique du npn est de 450 -

Merci !

[antek]

Diminuer la contre-réaction, en insérant une (petite) résistance sur l'entrée -v ?

[Antoane]

Bonjour,

Pour que le montage fonctionne, le potentiel sur la broche REF du 431 doit pouvoir être à 2.5V. Pour que le NPN puisse travailler en linéaire avec ~ 1V de Vce, il ne faut donc pas demander à la tension aux bornes de la 1k2 de dépasser ~ 1.5V. Comme l'aop est en fonctionnement linéaire, il ne faut pas que la tension sur son entrée + dépasse 1.5V.
=> il faut limiter l'excursion du DAC, ou ajouter un diviseur de tension de ratio ~ 4.

Cependant, en l`état, le montage devrait fonctionner tant que V(DAC) < 1.5V, et dans ce cas on devarit avoir V(DAC)=V(1k2)... mais ce n'est pas le cas. V(1k2) reste toujours proche de zéro... C'ést étrange, l'aop devrait de toutes facon être capable de fournir suffisament de courant de base pour, même avec Ic=0, on ait Ie tel que V(1k2) = V(dac). Es-tu sûr du montage, des composants, et de la mesure ?


> Sur quoi agir pour augmenter Vout d'environ 0,5 V ?
Si c'ets nécessaire (commencer par assurer un fonctionnement comme attendu, tel que V(dac)=V(1k2)), il faut dévier plus de courant dans la source, pa exemple en diminuant la 1k2.

> le gain typique du npn est de 450 -
Comme il est dans la boucle de controle de l'AOP, cette valeur ne joue pas, tant qu'elle est "grande".

[antek]

En ce qui concerne les mesures je vais vérifier. Tel quel, le montage donne un résultat conforme à la simulation #12 (V_out=f(V_DAC))

[Antoane]

Pas vraiment : avec 3.9V en sortie du DAC, i.e. 0.5V en entrée de l'AOP, bob trouve ~7.8V en sortie de l'alimentation.
Avec V(dac)=500mV en entrée de l'AOP, tu mesures 5.4V en sortie de l'alimentation.

[antek]

Pas vraiment . . .

Alors je ne comprend pas
Bobflux : V_dac de 0V à 5 V => V_out de 5V à 8.7V
Moi : idem

[Antoane]

Il y a un atténuateur entre la sortie du DAC et l'entrée de l'AOP de Bob, pour la raison expliquée au début du #19.

=> R5-R6: https://forums.futura-sciences.com/a...ps-capture.jpg

[antek]

Mon schéma réalisé est bien celui proposé par Bobflux . V_DAC est en fait la sortie d'un suiveur, c'est peut être pour ça que le diviseur a été oublié dans le dessin #17.

Merci et . . .