Validation de mon schéma électronique pour un phare LED portable

[Erick59]

Bonjour et merci d'avance pour votre aide.
Il y a 2 mois je me suis lancé dans un projet de phare LED portable, très puissant, du moins bien plus puissant que ce que l'on trouve dans le commerce.
Etant équipé de pas mal d'outils Makita électro-portatifs, je me suis tourné vers l'utilisation de 2 batteries 18V en parallèles pour l'alimentation.
J'ai également récupérer un vieux ventilateur de serveur en 80x80mm de 12V et plus de 10W avec 3 fils (plus, moins et tachymètre).
Pour le reste, j'ai acheté un driver LED meanwell LDH-65 (18V vers 36V et 65W), un LED bridgelux VERO 29 (un monstre de puissance lumineuse) avec un dissipateur en aluminium, une alimentation recom 12V pour le ventilateur et une alimentation recom 5V pour un ESP32 S3 super mini.
Je ne suis pas très calé en électronique et j'ai donc fait appel à l'IA (oui désolé) pour concevoir le circuit, en prenant soin de vérifier quand même ses infos.
Je voulais donc pouvoir gérer avec l'esp32, le niveau de puisance de la LED, la vitesse du ventilateur en fonction de la température de la LED avec l'utilisation d'une thermistance placée juste en dessous, lire la tension des batteries pour couper l'alimentation si elle devenaient trop basse (le BMS des batteries Makita ne gère pas la sous-tension) et lire la vitesse du ventilateur.
Pour la fabrication de la lampe, j'ai modélisé un modèle en 3D. J'ai fabriqué le PCB depuis un vierge avec imprimante laser suivi d'un bain d'acide chlorhydrique et javel.
J'en suis donc arrivé à ce premier prototype:
Schema initial.png
PCB1.png
Impr3D lampe.png
Photo.jpg

La lampe était fonctionnelle dans l'ensemble. Je pouvais gérer la puissance de la LED et gérer la vitesse du ventilateur. Par contre, impossible de lire, la température de la LED, la vitesse du ventilateur et la tension de la batterie. Apparement le bruit électronique était trop important pour avoir une bonne lecture par l'ESP32.

J'ai donc revu le circuit (toujours avec l'IA, désolé) afin de filtrer le circuit et j'en suis arrivé à ce nouveau schema:
Schema final.png

J'aimerais donc qu'une âme charitable puisse me confirmer que le schéma est fonctionnel avant d'imprimer un nouveau PCB ou de m'indiquer les modifications a réaliser. Comme vous pouvez le voir, j'ai ajouté par mal de condensateurs pour le filtrage, utilisé un LM358 (8 pin) et une alimentation linéaire 5V L7805. J'ai aussi isolé les pin de l'ESP32 qui avaient une certaine impédance quand ils étaient côte à côte.
Je ne suis pas expert en schéma et donc désolé s'il ne respecte pas certaines normes.
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[Erick59]

N'hésitez pas à me demander des informations complémentaires si nécessaire. Je ne suis pas très calé en électronique mais je me suis renseigné pour mon projet dont je comprends (ou pense comprendre) quelques aspects de la logique du circuit comme l'utilisation d'une diode roue libre pour éviter les retours de courant du ventilateur, l'utilisation des diodes zener pour limiter les surtensions, le fonctionnement d'un pont diviseur et l'utilisation du filtre Pi pour filtrer le bruit généré par le driver led. Je suis un peu moins à l'aise avec les valeurs des composants. Je sais aussi que mes alimentations recom sont à découpage et génèrent leur propre bruit ainsi que l'esp32 en interne d'où l'utilisation de condensateurs. Je me pose par contre la question de la réelle utilité de la puce LM358 et l'utilisation d'un mosfet IRLB couplé à un mosfet 2N7000 pour contrôler la vitesse du ventilateur.
Je peux aussi vous renseigner sur l'esp32 si besoin.
Enfin voilà, j'aimerais beaucoup avoir un avis avant de dessiner mon nouveau PCB.
PS: je sais aussi que mon premier PCB était très mal dessiné, notamment au niveau du plan de masse. Je tenterais de remédier au problème mais c'est vraiment un casse-tête de placer les composants et les pistes.

[bobflux]

L'ampliop ne sert pas à grand chose, le 7805 non plus. Tu peux alimenter ton pont diviseur et ta thermistance avec le +3V3 de l'ESP32.

Si tu veux une mesure analogique plus stable, tu peux filtrer les tensions mesurées. Comme tes capteurs sont des résistances, il suffit d'ajouter un condensateur entre la tension analogique à mesurer et la masse, par exemple 100nF. Ensuite faire une moyenne sur plusieurs conversions analogique numérique.

Tu devrais rajouter un autre condensateur de 470µF à la sortie de ton filtre en pi, 100nF est insuffisant. Idem pour le RECOM 5V tu peux mettre un 100µF à la sortie. Par exemple des condensateurs à faible ESR, style Panasonic FR, ou autre.

[Erick59]

Merci de vous pencher sur mon sujet. J'avais initialement acheté les composants de mon premier PCB sur digikey mais vu les frais de ports pour les petites commandes, j'ai ensuite pris des kits de resistances, condensateurs, inductances sur aliexpress et essaye de faire avec. Pas sûr que les condensateurs aient la qualité d'un panasonic. En fait gemini (pour ne pas le citer) m'a proposé le 7805 et l'ampliop parce qu'ils sont dans mes kits. Donc OK pour les enlever, ca me fera gagner de la place. Par contre mon esp32 est un esp32 S3 super mini toujours d'aliexpress dont le 3,3V ne serait pas très stable et bruité. Ce n'est pas gênant pour les mesures? Ca peut être corrigé par le code le l'esp?

[A voir en vidéo sur Futura]

[Erick59]

Sinon la logique du circuit et les polarités sont bonnes?

[Erick59]

Autre question, puis-je laisser le condensateur 100nF en complément du deuxième condensateur 470uF ou est-il inutile? Apparement son rôle serait de filtrer les hautes fréquences générées par le driver LED qui est à découpage également.

[bobflux]

Pour les composants il y a reichelt qui a des frais de port plus raisonnables que digikey.

Sinon mouser et farnell mais pour commander juste un composant ça pique.

Tu peux laisser le 100nF.

Le second schéma est beaucoup plus compliqué, mais je ne pense pas que ce soit nécessaire.

Si l'ancien fonctionne, et que le seul problème est le bruit sur la lecture ADC, il suffirait en fait d'ajouter des condensateurs de filtrage entre les entrées analogiques et la masse de l'ESP32. C'est simple à essayer et ça t'évite de tout refaire.

Dans le nouveau schéma par exemple l'optocoupleur (qui normalement sert à isoler) ne sert à rien puisque DIM- est connecté à VIN- par ailleurs...

[Erick59]

Bien vu pour l'optocoupleur, comme quoi demander l'avis d'une personne compétente ça sert. Ok alors, je vais repartir sur le circuit initial qui me permettra d'utiliser mes composants fiables et je vais y ajouter le filtre en pi et les autres condensateurs pour le filtrage des entrées ADC et repenser la disposition des composants. Et effectivement le contrôle de la LED et du ventilateur fonctionnaient parfaitement en bluetooth. Par contre tu peux me confirmer que je dois créer un vrai plan de masse sur mon PCB et pas de grandes zones larges contenant différentes polarités et tension? Pour info, pensant que mon PCB était mauvais, j'ai dessoudé tous les composants et je l'ai jeté à la poubelle. j'avais oublié de préciser que j'avais testé le circuit au multimètre et j'ai trouvé des valeurs d'impédances sur des points du circuit où elle aurait due être normalement infini même après nettoyage à l'alcool à bruler (pas d'isopropylique).

[Janpolanton]

Bonjour,
Il faudra dire à ton IA qu'elle t'apprenne à dessiner un schéma dans les règles de l'art.
Celui que tu présentes est difficile à déchiffrer.
Et idem pour ton tracé de PCB.

[bobflux]

Oui le schéma est bordélique ; le premier est suffisamment simple pour que ça passe, le deuxième bof.

Pour le circuit imprimé tu as deux solutions :

- la moderne : Kicad + un fabricant chinois style JLCPCB

- à l'ancienne : un bout de plaque cuivrée double face, un côté plan de masse, l'autre dans le même style que le précédent, et des trous...

[Erick59]

Re bonjour,
Oui désolé pour le schéma mais initialement il m'était uniquement destiné. Certe bordélique, mais j'arrive à m'y retrouver. J'utilise kicad depuis peu et mon dernier cours d'électronique date du collège avec un circuit de 4 ou 5 composants... J'ai tenté au départ d'éviter les croisements et de regrouper les composants par ligne, mais après 2h et un gros mal de crâne, j'ai fait au plus simple sur le moment. Même si au final ça n'aide pas pour le routage du PCB.
D'ailleurs pour le PCB, j'ai effectivement des plaques cuivrées que je trempe dans un bain d'acide chlorhydrique et de javel (en extérieur car les gaz chlorés sont apparemment très toxiques). Sur le premier PCB je n'avais pas beaucoup de trous car j'avais déporté l'ESP32 avec des fils pour avoir accès à l'USBC sans dévisser le capot de la lampe. Mais je pense cette fois ci souder ses broches directement.
Je sais que beaucoup sont allergiques à l'IA mais ça reste un bon outil, qui c'est vrai, fait des erreurs. Je ne la considère pas comme un messi ou un confident, ne vous en faites pas. Mais malgré tout, ça reste assez efficace en électronique et surtout en code pour l'ESP32. Au delà de proposer un plan de montage (textuel), ça explique aussi la logique du circuit. Je n'ai pas demandé un plan que j'ai recopié bêtement. Je cherche quand-même à apprendre des choses de mon petit projet.

[Erick59]

Et merci bobflux pour tes bons plans (revendeurs composants et fabriquant PCB), je vais y jeter un coup d'oeil. Qui sait, peut-être que je vais me découvrir une passion pour l'électronique. Je suis déjà conquis par les microcontrôleurs, je trouve ça fascinant les possibilités offertes par ces petits modules!

[bobflux]

Faut pas avoir honte d'utiliser l'IA (par contre faut vérifier parce que des fois, le résultat est un sketch).

Problème de connecter un ESP32 avec des fils : la consommation de courant de l'ESP est variable suivant son activité (transmission radio...) et la chute de tension dans son fil de masse est donc très variable. Comme les entrées analogiques sont référencées à la masse, donc au "0V" toute erreur sur ce "0V" s'ajoute au le résultat... de plus les fils volants font d'excellentes antennes et tu as plusieurs convertisseurs à découpage qui émettent. C'est pourquoi les montages à base de fils volants sont assez hasardeux dès qu'on utilise un peu les entrées analogiques du microcontrôleur. Avec des fils, le "0V" va varier suivant où tu regardes et ce qui se passe dans le circuit.

Avec un plan de masse, qui a une impédance très très faible, il y a moins de soucis. Dans ce cas l'important c'est le placement : il faut visualiser tes circuits et quels courants ils envoient dans le plan de masse, et mettre ceux qui polluent d'un côté, et ceux qui sont sensibles de l'autre côté. L'erreur standard est de mettre un connecteur "entrée" à gauche, un connecteur "sortie" à droite, et tout le gros courant traverse toute la masse du circuit. Alors que si tu mets ton entrée et ta sortie juste à côté l'une de l'autre, le gros courant passe par le chemin le plus court entre les deux connecteurs et laisse le reste du circuit tranquille.

[Erick59]

C'est bien pour ça que je vais souder l'EPS32 directement. C'est aussi ce que j'avais prévu pour les circuits bruités, rapprocher les circuits bruités pour réduire leur trajet dans le plan de masse. J'ai aussi vu qu'il fallait laisser un plan de PCB sans cuivre en dessous de l'antenne WIFI-BLE. J'ai prévu de brancher le driver de la LED (qui a des fils), juste à côté de l'entrée 20V et la masse avant le filtre de pi. Par contre je croise les doigts pour les mesures sur l'ADC, mon ESP32 chinois n'est pas un monstre de stabilité... J'ai déjà du abandonner le WIFI qui avec du code en micropython, faisait rebooter la puce. Je vais peut être passer en C++ pour réduire la consommation et aussi obtenir de meilleures mesures. Apparement le C++ permet d'utiliser une vitesse d'horloge plus rapide contrairement au micropython et permet aussi d'utiliser une autre référence interne de 1,1V qui est moins sujette au fluctuation que le 3,3V. Ca me permettra de prendre plus de mesures pour un même temps et les lisser plus efficacement. Dans tous les cas, je penses que je vois devoir adapter le code avec des mesures au multimètre une fois le montage fonctionnel.
J'ai vu aussi que mon ventilateur était apparement particulièrement véloce (12V - 0,7A) et que son inertie pouvait aussi engendrer du bruit.

[Erick59]

C'est possible de faire un petit plan de masse d'un côté pour la masse de l'alimentation du driver, la masse de la batterie et le filtre de Pi et ensuite placer un gros via après filtre pour reporter le plan de masse filtré de l'autre côté qui lui occupera tout les circuits?

[bobflux]

Les coupures dans un plan de masse augmentent la probabilité que ça foire

Le courant prend le plus court chemin (la plus faible impédance) : si tous les connecteurs et modules de puissance sont d'un côté et l'ESP32 à l'autre bout, avec l'antenne qui dépasse du bord pour une meilleure réception, le courant fort bruité restera dans le plan de masse du côté qui va bien et il n'y a pas besoin de faire de coupure...

L'ADC de l'ESP32 est notoirement tout pourri, en plus la valeur de la référence n'est pas précise, mais bon ça devrait aller pour une thermistance.

https://docs.espressif.com/projects/...erals/adc.html

Comme la thermistance et la résistance forment un diviseur, la mesure est un ratio de la tension qui alimente ce diviseur ; si la référence de l'ADC est la même, alors l'ADC mesure le ratio sans avoir besoin d'une référence précise. Mais il me semble que la réf de l'ESP32 ne peut pas être l'alim.