aide et avis sur une première conception

[Mr Cau]

Bonjour,

En premier lieu, je tiens à préciser que je suis plus petit bidouilleur en électronique qu'un expert.

Je suis actuellement en train de réaliser un circuit basé sur un Arduino UNO R3, mais dans une version plus légère.

Cette conception à pour but de jouer des séquences d'effet avec des LED ARGB (WS2812) + des LED blanche et jouer des sons en même temps. Les séquences seront activés via une télécommande. Le tout est pour égailler une maquette du faucon millénium que je suis en train de monter (la version Bandai Perfect Grade qui contient déjà un kit led).

Je joins a ce message le schéma fait sous KiCad.


Le circuit est basé autour d'un ATmega328-P programmé via un Arduino.

Voici un petit descriptif des composant autour du circuit :
- L'alimentation se fait via une banque de charge délivrant 5V/2A avec une capacité de 5000mA
- Le module qui joue les sons est un petit lecteur MP3 via micro SD basé sur un AU6860F récupéré dans une enceinte de démo bluetooth.
- Le module HP est un petit ampli de 2W récupéré dans une petite enceinte "a 2 balle".
- Les LED ARGB sont de la récup sur des ventilos RGB de PC.
- Les LED blanches sont celle fournit avec la maquette.
- Le capteur IR est une récup d'un vieux ampli Sony.

Point de vue connexion:

- J1 est l'arrivée 5V venant de la banque de charge.
- J2 Et les capteur infrarouge (broche 3 = signal)
- J3 va vers les LED qui éclaire le réacteur du faucon.
- J4 va vers les LED à utilité divers (lumière dans le cockpit, tourelles, etc.).
- J5 et J6 vont vers le module HP.
- J7, J8 et J9 vont vers le module MP3.
- J10 à J18 vont vers les LEDS blanches (commandé en PWM).

Principe de fonctionnement du module MP3:
Ce module récupéré dans un modèle de démonstration d'enceinte Bluetooth et est très limité dans son fonctionnement. Il tourne sous un AU6860F qui a que deux broches programmé (je ne trouve nulle part d'info pour le reprogrammer).
- La première et le PLAY/NEXT (broche 1 de J9) qui sert à lancer le son suivant. A chaque impulsion, le Player lit le MP3 qui suit se trouvant sur la Micro SD (par ordre alphanumérique).
_ La seconde et le BUSY (broche 2 de J9) qui est à l'état haut quand il joue un son.
La seule méthode que j'ai trouvé pour choisir le son à lire est de faire un RESET du Player en coupant son alimentation via Q1 et d'envoyer une suite d'impulsion correspondant au son désiré. J'ai fait des test et ca fonctionne assez bien.

Point de vue des LEDS:
J'ai mit des résistances de 120 Ohms sur le signal de donnée pour éviter les risques des pic de tension (c'est ce qui est conseillé sur la plupart des tutos sur les WS2812)
J'ai mit aussi des résistances de 120 Ohms pour les LEDS blanches (à l'origine elles étaient alimenté en 4.5V avec des résistances de 82 Ohms). Elles sont commandées en PWM via des BC547 (Q2,Q3 et Q4) car les sorties du microcontrôleur ne supportent pas plus de 20mA et vue mon circuit ca va de 40mA à 80mA.

Enfin, et selon mes calculs, la consommation totale ne devrais pas excéder 500mA. Donc une banque de charge de 5V/2A 5000mA devrais suffire.

Donc, ma question est la suivante:
- Pensez-vous que ce schéma est cohérent et fonctionnel?
- Si vous avez des avis ou idées à me donner je suis toutes ouïes.

Bonne journée.
-----

[antek]

J'ai pas tout lu . . .

Si le numérotage des pin J3 et J19 est correct, Vcc et gnd sont inversées pour les led.
Les 5000 mAh du powerbank concernent l'accu, sur la sortie 5 V ce sera (beaucoup) moins.

Les BC547 tiennent le courant (datasheet) ?
20 mA pour les sorties me semble optimiste pour garantir du +5V (datasheet)
Tel que, les BC547 fournissent environ 10 mA en saturation . . . datasheet ?

[Mr Cau]

Oui j'ai vue cette erreur, au moment ou j'ai fait mon snapshot du schéma je ne l'avais pas encore corrigé.

J'avoue que je ne comprend pas trop votre seconde remarque. Suivant le Datasheet, les BC547 tiennent 100mA au collecteur, donc avec au max 4 led faisant au total 80mA ca passe.

[antek]

Oui, pour le courant ça passe.
Pour la commande, la datasheet donne pour la saturation Ic/Ib = 20 (j'avais considéré 10). Pour commander 80 mA il faut donc un courant de base d'environ 4 mA. Actuellement il est de 1 mA. Si tu laisses comme ça le VCEsat sera plus que les 0,6 V annoncés dans la datasheet, ce qui va affecter le courant led et la chaleur à évacuer.

[A voir en vidéo sur Futura]

[paulfjujo]

bonjour,


Attention, le VF des diodes leds blanches est relativement élévé ( par rapport à des rouges) ,peut varier de 3,2V à 3.8V voir 4V
autrement dit avec 5V d'alim ,un VCE Sat du transistor à 0.6V
il te reste que 5-0.6-3.2=1.2V
avec R=120 ohms => maxi ~10mA par led ..dans le cas favorable !!

40mA maxi par transistor 240mW max à dissiper
de plus en PWM la variation de luminosité est loin d'etre lineaire avec la commande en %

[Mr Cau]

Pour la commande des LEDs par transistor je me suis basé sur ce tuto: https://www.diyengineers.com/2022/05...with-examples/.

le VF des LEDs blanches seraient d'environs 3V suivant mes calculs (2.85V pour une conso de 20mA sous 4.5v avec un résistance de 82 Ohms à l'origine du kit fournis avec la maquette).

Vous me conseillerez quoi comme valeur de résistance pour les transistors afin d'atteindre les 80mA désiré?

Autant en programmation je suis bien calé, mais en électronique je patauge complètement et les formules mathématique me file le tournis.

J'ai omis aussi de mettre des résistances de pull down sur les sorties qui commandent les transistors. Je compte mettre des résistances de 10K en amont des résistances des transistors. Cela est-il convenable?

[Antoane]

Bonsoir,

le mieux serait d'utiliser des petits MOSFET. Ca ne coute pas bien cher, évite le problème de la chute de tension à l'état passant, et économise le courant de base -- ce qui peut être avantageux pour une application fonctionnant sur batterie.

Les 5V d'alimentation sont suffisant : beaucoup de transistors acceptent une telle tension de commande.

[Mr Cau]

Le n'aie qu'un seul MOSFET de disponible (un IRF520) que je compte utiliser a la place du BC547 actuel pour le "RESET" du Player MP3 ne sachant pas sa conso max.

Par contre des BC547 j'en aie une pelté.

J'essaie de faire avec ce que je dispose, non pas par radinerie, mais plutôt par chalenge.

[antek]

Vous me conseillerez quoi comme valeur de résistance pour les transistors afin d'atteindre les 80mA désiré ?
J'ai omis aussi de mettre des résistances de pull down sur les sorties qui commandent les transistors.

Pour 4mA avec une tension de sortir de 4,5 V et un Vbe de 0,7 V il faut R=3,8/4 (en kilo).
Une pull-down ? pourquoi faire ? tu trouves qu'il n'y a pas assez de pertes avec un transistor à jonctions ?

[Mr Cau]

Mon circuit fonctionne en 5V, non pas en 4.5V (c'est le kit qui est avec la maquette qui est en 4.5V et que je n'utilise pas).

D'après une autre info, il faudrait que je mette une résistance de 470 Ohms pour avoir 80mA mini sur Ic pour un gain de 10 , donc un Ib d'au moins 8mA. Ce qui donne:

Rb=(5-0.7)/0.008=537.5 donc en gros 470 Ohms
Soit Ib=(5-0.7)/470=0.00914 donc 9mA pour Ib et donc 91mA sur Ic. Ce qui, en prime, ne dépasse pas les 10mA max que tolère la sortie de l'µC.

Je commence à mieux comprendre les formules, mais je n'arrive pas a savoir comment on calcul le gain.

[antek]

Si tu lisais les réponses ou les datasheet . . .
Le BC547 a un bêta de 20.

Et encore la datasheet et les réponses précédentes pour connaitre la tension de sortie en fonction du courant.

[Mr Cau]

justement je les lit...

Je ne vois nulle part noté bêta de 20 dans le datasheet: https://pdf1.alldatasheet.fr/datashe...ILD/BC547.html.
Les seul indiqué est "DC Current Gain" qui est entre 110 et 800. Loin des 20mA que vous m'indiquez ou les 10mA ailleurs.

Donc d'où vient cette valeur? Comment est elle défini?
Désolé d'être néophyte en la matière, mais j'aimerai comprendre.

Comme disais Confucius:

- "Quand on désire savoir, on interroge. Quand on veut être capable, on étudie. Revoyez sans arrêt ce que vous savez déjà. Étudiez sans cesse du nouveau. Alors vous deviendrez un maître."

[antek]

Le bêta est le rapport Ic/Ib lorsque le transistor est saturé (en gros lorsque Vce est minimum). C'est un nombre sans grandeur (je ne l'avais pas mentionné en mA).
On le trouve à partir des caractéristiques "on", notées dans Vce(sat). On le calcul en faisant le rapport Ic/Ib des courants indiqués.
Le gain "hfe" est bien indiqué pour Ic = 2 mA, il est utilisé pour un fonctionnement en petits signaux.

Maintenant donne un lien vers le µC

[paulfjujo]

bonjour,


Test réel de commande Led via BC547
(led blanche 5mm)
ILed=100mA ,
VCE saturation=170mV
Pw dissipée en statique 17mW !
Rbase =750
Rserie avec led : 10ohms

mesures oscillo sur collecteur BC547 pour 3 frequences differentes et duty cycle=50%

simulation avec un 2N2222A au lieu du BC547

[Pascal071]

bonsoir

tout ça dépend aussi du type de BC547 dispo: BC547, ,A,B,C ?
le BC547A est donné pour Hfe 120 @Ic=100mA

Cdlt

[Mr Cau]

Ce sont des BC547-B.

Mais je suit tombé sur trois IRF520 dans mon stock de pièces détaché. Je pense les utiliser à la place des BC547.

[antek]

Ils sont moyens en R_DSon mais toujours mieux qu'un BJT, par contre il leur faut un V_GS de 10 V. => pas bon !

[antek]

le BC547A est donné pour Hfe 120 @Ic=100mA

Ben oui mais ça va pas, il veut l'utiliser en saturation.

[Mr Cau]

Alors expliquez mois pourquoi il est fournit dans les kit de découverte Arduino, qu'il existe moulte module et circuit utilisant ce mosfet avec un Arduino dans la comu? Si C'est pas bon, pourquoi alors ils vendent ces modules? Pour nous prendre pour des pigeons?

[antek]

Hé ho j'y suis pour rien.
Pourquoi ? est une vaste question philosophique
Mais puisque tu sembles sceptique vis à vis de mon affirmation, c'est simple d'essayer. Et s'il tient les 0,270 ohm annoncés dans la datasheet alors la datasheet ment, et je ne mangerai pas mon chapeau

[Pascal071]

Bonsoir

Les kits fonctionnent, si on ne demande pas trop de courant...
d'après les courbes, il peut fournir 1amp. avec Vgs=4v, 4amp. avec Vgs=5v.
Avec ces valeurs je ne trouve pas le RDSon correspondant, 1 ou quelques quelques ohms ?
ok, 2ohm, 1amp. = 2w (on)
à essayer si l'IRF520 s'en sort avec 100mA.

Cdlt

[Antoane]

Bonjour,

La datasheet assure que la résistance à l´état passant (Rdson) sera au maximum de 270mOhm considérant Vgs = 10V et Id = 5.5A, à 25°C de température de puce ("Specification" > "static parameter").
Cela ne dit rien pour la valeur typique (i.e. la valeur généralement observée sur un garnd nombre d'échantillons dans ces conditions), ni sur la Rdson pour une valeur de Vgs inférieure.

En revanche, la Figure 1 p. 3 montre les characteristiques typiques du composant, et en particulier montre que :
1- pour Vgs = 4.5V, pour 100mA de courant de drain, il y aura 100mV de tension perdue à l`état passant, ie. une Rdson équivalente de 1 Ohm.
2- pour Vgs = 5V, pour ~400mA de courant de drain, il y aura ~200mV de tension perdue à l`état passant, ie. une Rdson équivalente de 0.5 Ohm.
3- pour Vgs = 10V, pour 4.5A de courant de drain, il y aura ~1V de tension perdue à l`état passant, ie. une Rdson équivalente de 220 mOhm.

Le point 3 comfirme que la valeur typique est plus faible que le max garanti -- c'est rassurant

Les points 1 et 2 montrent qu'il est acceptable de commander le composant avc seulement 4.5 ou 5V :
- si on n'est pas trop regardant sur la valeur de la Rdson (on pensait acheter un composant de 270mOhm max, on se retroue avec 500 ou 1000 mOhm typique)
- si on accepte que cela ne fonctionne que "typiquement", ie. qu'il peut se trouver des cas ou le montage ne fonctionnera pas (eg. le composant restera OFF ou presque OFF).

Pour un bricoleur, avoir un design dont le fonctionnement est garanti n'est pas nécessairement un problème (si le circuit ne fonctionne pas car la tension de seuil de mon MOSFET est trop élevée, j'en prend un autre dans la boite et ca roule. Si la sonette que jai bricolée ne se déclenche pas de temps en temps car le MOSFET est trop chaud, tant pis). Ca ne l'est pas nécessairement non plus pour une babiole low cost (si le circuit vend vi aliexpress ne fonctionne pas, le client se plain et on lui en envoi un nouveau). C'est beaucoup plus génant dans le cas d'applications critiques (eg. aéro) ou lorsqu'on veut assurer une bonne image de marque (eg. Deusch Qualität).

Finalement, c'est une question de coût entre :
-> surcout lié aux circuits non fonctionnels et aux défaillances
vs
-> surcout du à une conception fonctionnant de manière garantie.

[antek]

Je m'étais arrêté au tableau des caractéristiques "static". Dommage . . .

[Mr Cau]

Je pense pas que je vais utiliser les IRF520 non plus pour éviter toute polémique (et problème).

Mon neveux m'as refilé des 2N7000, il m'as dit que ca irai très bien.

De ce que j'aie pus comprendre sur leur datasheet c'est effectivement le cas.

Quel en est votre avis?

[antek]

Mais il n'y a pas de polémiques ici, juste une discussion entre gens de bonne compagnie
Le mosfet est intéressant pour les pertes minimum qu'il procure. Et si cet objectif est retenu alors il faut prendre un composant qui va dans ce sens (le premier qui me vient en exemple : FDN337N).
Le 2N7000 n'est pas ce qu'il y a de mieux de ce point de vue, voire moins bon que le IRF520.
Et puis, dans la mesure où tu veux faire avec ce qu'il y a dans tes tiroirs, les trois donneront un résultat acceptable.

[Mr Cau]

J'ai regardé pour le FDN337N. Malheureusement il n'existe pas en boitier TO92 ou 220 (j'ai omis de dire que je faisait tout le circuit et composant traversant, dsl...)