Circuit de déclenchement automatique pour accus
Index des schémas électroniques
Circuit coupant le positif
avec exemple de convertisseur DC-DC
Le circuit est basé sur le circuit de déclenchement, mais il est conçu pour protéger la batterie d'une caravane ou d'un mobilhome.
Pour pouvoir couper le positif avec un mosfet de type N il faut que la tension sur le gate puisse dépasser la tension d'alimentation. Ce petit truc est réalisé ici avec un convertisseur DC-DC qui augmente la tension d'alimentation jusqu'à 22V environ. La consommation est tellement faible qu'il ne faut même pas couper le circuit quand le circuit commute en stop (consommation en mode arrêt: 2mA, consommation en mode fonctionnement: 5mA).
Avec la résistance de 1MΩ à 1.5MΩ on produit un hystérésis qui est nécessaire pour éviter que le système ne commute constamment (quand la charge est coupée, la tension de la batterie augmente légèrement). Avec une résistance de 1.2MΩ on a un hystérésis de 1.2V environ (donc si le déclenchement se fait à 10.8V le réenclenchement se fait à 12.0V). Le trimmer permet de régler la tension de déclenchement.
Il y a un condensateur de 680µF placé entre la masse et le point positif du trimmer qui absorbe les brusques variations de tensions avant qu'elles n'atteignent la base du premier transistor. Ce condensateur réduit l'influence d'une forte charge (qui pourrait éventuellement couper l'alimentation à cause de la chute de tension). La valeur du condensateur n'est pas critique et sa valeur peut être augmentée. Vous pouvez choisir une valeur entre 22µF et 1000µF. Un petit inconvénient c'est que lors de l'enclenchement, un condensateur de 22µF retarde la mise en route de 5 secondes (donc 50 secondes pour 220µF).
Pour le mosfet, vous avez intérêt a en utiliser plusieurs en parallèle, c'est moins cher qu'un gros avec des meilleures caractéristiques. Si vous voulez avoir de la réserve pour commuter 100A il faut que la résistance ON totale soit inférieure à 1mΩ (cela fait toujours une dissipation de 10W). La dissipation est plus importante pendant la commutation, prenez un bon refroidisseur.
Le type AUIRFB8409 peut fonctionner sous une tension de 40V (tension source-drain maximale), la résistance ON est de 1.2mΩ (à 20°). Ce transistor entre en conduction avec une tension de gate de 4V, mais pour pouvoir commander 10A il faut une tension de 6V. Bien qu'il soit conçu pour commuter plus de 100A, ne le faites pas travailler à plus de 10A en permanence.
Le bouton poussoir START permet d'alimenter le circuit (via la masse). Si la tension d'alimentation est suffisamment élevée, tous les transistors entrent en conduction et l'alimentation continue d'être délivrée au circuit et aux utilisateurs. Une fois que la tension passe sous la limite, tous les transistors ne conduisent plus et la tension d'alimentation des utilisateurs est également coupée.
Les utilisateurs ne sont plus alimentés si la tension de la batterie remonte (effet Peukert) et la consommation est nulle à l'arrêt (courant de fuite dans le transistor MOSFET 2N6660 de quelques µA).
On peut prévoir un bouton-poussoir STOP qui réduit la tension sur la base du premier transistor (bouton poussoir repris sur le grand schéma, cliquez sur la miniature). La tension sur la base du premier transistor (comparateur) devient alors trop basse. Le courant dans le transistor devient nul et le reste de l'installation va également à l'arrêt.
Un circuit qui est basé sur le même principe est le chargeur automatique de batterie auxiliaire (pour mobilhomes et caravanes).
Mais dans le circuit qui nous interesse, l'augmentation de la résistance interne du transistor mosfet est une mauvaise chose, car elle augmente la dissipation. Quand le transistor passe de 20° à 50°, sa résistance interne augmente par exemple de 1.2mΩ à 15mΩ. Pour un courant constant de 10A (qui est tout à fait normal dans une telle application), cela produit une dissipation qui passe de 120mW à 1.5W, ce qui chauffe encore plus le transistor,... et ainsi de suite.
Un autre effet qui est produit par l'échauffement du transistor, c'est le courant de fuite du gate, qui est extrèmement faible mais qui augmente dans des proportions encore plus importantes: à 20° et pour un courant de 10A, le courant de fuite est généralement inférieur à 10µA, à 50° il peut atteindre 1mA (selon le transistor utilisé). Le mosfet qui a un gate isolé en théorie a en fait une légère perte (qui dépend également du courant dans le drain).
Le courant à fournir à vide sur la ligne 22V est de 2.5mA environ (courant de polarisation, de base et de collecteur du transistor PNP). Le convertisseur avec 4049 permet de fournir cette tension. Si le courant de fuite du gate augmente, la tension d'alimentation diminue et la tension sur le gate chute également, ce qui augmente encore plus sa résistance interne et donc sa dissipation.
Pour éviter ce phénomène, il faut très bien refroidir les transistors de puissance et les dédoubler pour qu'un transistor de puissance ne fournisse jamais plus de 10A en continu (même si les AUIRFB8409 sont certifiés pour 100A). Dans ce type de circuit, vous pouvez très bien utiliser 5 transistors mosfet en boitier TO220 placés en parallèle. Le fait que la résistance interne augmente avec la température réduit automatiquement le courant dans ce transistor, ce qui permet un équilibrage automatique du courant.
Comme le courant dans le drain est plus faible, les fuites dans le gate (qui augmentent également avec le courant de drain) sont plus faibles, même si le courant total reste le même.
Les convertisseurs sont décrits ici. Le convertisseur doit fournir une tension de 22V et un courant continu de plus de 2.5mA