Module de protection d'alimentation active (APPM)
L’APPM est l’aboutissement de près d’un an de travail en tant qu’étudiant en électronique sur des modules de protection d’alimentation contre les surtensions et les sous-tensions, l’inversion de polarité et la protection contre les courts-circuits.
J’ai publié les fichiers de conception ici et expliqué chaque partie en détail pour tous ceux qui souhaitent apprendre.
📝 Aperçu
Le module de protection d’alimentation active est un module de protection électronique doté de MOSFET à canal P et N dos à dos pour protéger les appareils électroniques alimentés en courant continu contre les surtensions, l’inversion de polarité et les conditions de surintensité.
Il se situe entre votre source d’alimentation et votre charge, surveillant en permanence les conditions d’entrée et déconnectant la charge si des niveaux de tension dangereux sont détectés. Il dispose également d’un emplacement pour un fusible à cartouche de 6,35 x 35 mm jusqu’à 15 A.
Parfait pour les systèmes de 5 à 24 V et fonctionnant avec une bonne efficacité, l’APPM est à vous de télécharger, de développer et d’apprendre. Nous avons un nombre limité de modules déjà préparés que nous pouvons envoyer si vous en voulez un déjà assemblé.
✅ Principales caractéristiques
- Protection réglable contre les surtensions et les sous-tensions (5–24 V) :
Définissez vos seuils de coupure en tournant les potentiomètres intégrés tout en mesurant les tensions de référence à l’aide de l’équation. Lorsque la tension d’entrée se situe en dehors de la plage admissible, le comparateur APPM coupe automatiquement le transistor de blocage et se rétablit automatiquement lorsque les conditions se normalisent. - Protection contre l’inversion de polarité :
Utilise un MOSFET à canal P de qualité automobile pour une protection efficace contre l’inversion de polarité. - Fusible en option :
Retirez le cavalier CMS et fixez un fusible à cartouche de 6,35 x 32 mm au support intégré. Le support est conçu pour supporter jusqu’à 15 A. - Signal d’erreur :
Signal d’erreur à faible impédance qui détecte les conditions de surtension/sous-tension avec des niveaux de tension configurables par l’utilisateur de 1,8, 3,3 et 5 V. Vous pouvez alimenter environ 15 mA via cette broche. - Quatre LED d’état :
- SAFE = L’alimentation circule en toute sécurité
OV FAULT = La tension d’entrée est supérieure au seuil admissible. Ajustez le potentiomètre OV ou diminuez la tension d’entrée.
UV FAULT = La tension d’entrée est inférieure au seuil admissible. Ajustez le potentiomètre UV ou augmentez la tension d’entrée.
- POLARITY FAULT = L’entrée est connectée avec la mauvaise polarité.
⚙️ Réglage de la limite de tension
L’APPM permet aux utilisateurs de définir précisément les seuils de coupure de surtension et de sous-tension en ajustant les potentiomètres intégrés, ce qui ajuste les tensions de référence.
💡 Équations de coupure
Pour définir les coupures, commencez par calculer la tension de référence OV nécessaire à l’aide de l’équation ci-dessous. Il est important de le faire avant de définir la référence UV, car elle est divisée par la tension de référence OV.
calculez la tension de coupure souhaitée à l’aide de la formule suivante :
Limite de tension OV = 3,14* VREF+
VREF+ est mesurée à partir de son plot par rapport à la masse.
Limite de tension UV = 2,7*VREF-
VREF- est mesurée à partir de son plot par rapport à la masse.
Vous pouvez mesurer la tension entre les points de test avec un multimètre tout en ajustant les potentiomètres avec un tournevis. Cela permet un contrôle précis du seuil de protection.
Important : Ajustez toujours la limite OV en premier, car la limite UV est dérivée d’une division supplémentaire de la tension de référence OV (VREF+).
🚨 Comportement de la protection contre les surtensions et les sous-tensions
Lorsque la tension d’entrée se situe en dehors de la limite OVC configurée :
L’APPM désactive la sortie, éteignant la LED SAFE.
La LED OV ou UV Fault s’allume
La broche de signal ERROR passe à l’état haut à la tension sélectionnée par l’utilisateur, si l’un des cavaliers est soudé.
Le module réactivera automatiquement la sortie une fois que la tension d’entrée reviendra dans la plage admissible.
⚡ Comportement de la protection contre l'inversion de polarité
Si le module est soumis à une inversion de polarité sur l’entrée, le voyant POLARITY FAULT s’allume et le MOSFET à canal P est désactivé, empêchant l’alimentation de revenir à la charge.
🟢Fonctionnement normal
En cas de fonctionnement dans les limites de tension de sécurité :
La LED Safe est allumée
Le signal ERROR s est maintenu bas.
📐 Spécifications du produit
Tension de fonctionnement : 5 – 24 V CC, tensions de blocage jusqu’à 30 V.
Puissance continue maximale : 445 W
Courant continu maximal : 18,5 A à 25 °C ambiante. 15 A si vous utilisez le porte-fusible.
Consultez l’image thermique et les données ci-dessous pour connaître les performances à 18,5 A.
⚠️ Avertissement thermique : Assurez-vous que la température de la carte ne dépasse pas 110 °C dans toutes les conditions.
Tests thermiques (5 V 18,5 A à 25 °C ambiante - Moins efficace)
La carte a des dimensions globales de 50 x 65 mm. Quatre trous de montage M2 sont inclus.
Le module de protection d’alimentation active est un dispositif de protection simple, mais efficace. Il utilise des MOSFET à canal P et N dos à dos et une logique numérique pour fournir un chemin d’alimentation remarquablement efficace avec des indicateurs d’état orientés utilisateur.
Un MOSFET à canal P a été choisi pour fournir une protection contre l’inversion de polarité avec un rendement plus élevé qu’une diode Schottky. Un MOSFET à canal N a été choisi pour sa résistance drain-source plus faible lorsqu’il est entièrement saturé en raison de la mobilité électronique plus élevée du silicium de type n, et un pilote de grille correspondant a été choisi pour permettre à la tension de grille d’être augmentée au-dessus de la source.
Un ampli-op quadruple LM324 a été choisi comme circuit intégré principal, car il peut être configuré pour fonctionner comme un double comparateur jusqu’à 30 V et fournit également un signal d’erreur numérique à faible impédance capable de piloter quelques mA pour allumer des LED et autres.
Une diode TVS bidirectionnelle de 33 V a été utilisée pour bloquer les transitoires de tension appliqués à l’entrée de la carte. Vous pourriez probablement vous en sortir en n’en utilisant qu’une seule.
Des MOSFET de niveau logique sont utilisés de manière appropriée pour allumer ou éteindre les LED en fonction des conditions d’entrée d’alimentation. Consultez le schéma pour mieux comprendre leur fonctionnement.
Une diode de roue libre a été placée en cas de présence de charges inductives, et une diode Zener polarisée en inverse a également été ajoutée en série avec celle-ci pour augmenter la tension de roue libre et ainsi augmenter la vitesse à laquelle l’énergie de roue libre est dissipée pendant la désactivation.
Tout le reste sur la carte ne sont que des passifs qui prennent en charge le travail des appareils déjà mentionnés.
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