Conception d`un minuteur pour camions frigorifiques

Report
Conception de
cartes Electroniques
Module ES106, SPE3 mars. 2005
Jean-Yves CADOREL (PAST)
École
polytechnique
de l’université d’Orléans
Conception d’un minuteur pour camions frigorifiques
Contraintes mécaniques et thermiques
(encombrement, résistance au choc, gamme température, humidité…)
Respect des performances
(choix convertisseurs, amplis, µcontrôleur, DSP, FPGA…)
Respect des coûts de fabrication
(Le choix composant idéal peut être beaucoup trop cher!!!, attention aux quantités…)
Technologies mises en œuvre
(Types de composants, type de circuits imprimés…)
Normes à respecter
(CEM, basse tension, ATEX, Radio…)
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JY CADOREL
2005
École
polytechnique
de l’université d’Orléans
Etude et développement depuis la STB jusqu’au produit industriel
VALIDER la STB et le CdC*)!!!
Déterminer les contraintes dimensionnant le système
(Consommation, autonomie, poids, performance, tenue en température…)
Diviser le système en sous blocs indépendants
(boîtier, alimentation, affichage, module d’acquisition…)
*) STB: Spécification Technique de Besoin
CdC: Cahier des Charges
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C. ALAYRAC, Conception de cartes
JY CADOREL
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polytechnique
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Conception d’un minuteur pour camions frigorifiques
 Synoptique fonctionnel
Alimentation
temporisation
Commande
organe de
puissance
Commutation
puissance
IHM
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Conception d’un minuteur pour camions frigorifiques
 Cahier des charges minimal
 Alimentation sur batterie 12V à 48V,
Sur activation d’un entrée de type Tout Ou Rien, commuter
la puissance pendant une durée de 30 à 90 secondes
(réglable en usine)
 Puissance commutée à la charge :
tension batterie.
30W à 50W suivant
Prix de revient(carte équipée et testée) de 7€ unitaire par
quantités de 100.
Autres : SDU……………………………….
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polytechnique
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Conception d’un minuteur pour camions frigorifiques
 Quelles solutions pour réaliser la fonction de temporisation ?
Temporisation
??
 Sur activation d’un entrée de type Tout Ou Rien, commuter
la puissance pendant une durée de 30 à 90 secondes
(réglable en usine)
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Conception d’un minuteur pour camions frigorifiques
 2 types de solutions : temporisation analogique ou numérique.
Temporisation
??
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Conception d’un minuteur pour camions frigorifiques
 Exemple de temporisation analogique : le 555 ( Timer apparu en 1971)
l'équivalent de 20 transistors, 15 résistances, et 2 diodes.
multivibrateur monostable
R
Potentiomètre 470 K + bouton
R1
Résistance 10 K
R2
Résistance 22 K
C
Condensateur chimique 100 uF
C1
10 nF
D1
Diode 1N4007
T1
Transistor 2N2222
IC1
NE 555 + support DIP 8 broches
BP
Bouton poussoir N.O.
Relais
Relais bobine 6 à 12 Vcc selon alimentation
t= 1.1x RC.
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Conception d’un minuteur pour camions frigorifiques
 Exemple de temporisation numérique :
PIC10F
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Conception d’un minuteur pour camions frigorifiques
 Quels critères pour faire le choix ?
 Le prix
 L’encombrement
 La fiabilité
 La pérennité
 Les contraintes de mises en œuvre
 etc..
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École
polytechnique
de l’université d’Orléans
Conception d’un minuteur pour camions frigorifiques
Le prix
 gamme T°C
L’encombrement
La fiabilité
La pérennité
La mise en oeuvre
NE 555
PIC 10F
0.18$
0.55$
-40C to +85C
-40C to +85C
8L SOIC NARROW
SOT-23 6 broches
???
???
Multi source depuis 30 ans …
Mono source
ajustement des valeurs de
composants en fonction de la
précision souhaitée (laser…)
Nécessité de programmer le
composant (in situ)
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Avantage NE 555 ?
Il faut tenir compte de tous les
composants nécessaire à la
temporisation !
 Aucun pour le PIC (oscillateur interne)
 Un circuit RC pour le NE555
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École
polytechnique
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NE555: sélection R et C
 Pour 10 à 100s on est à la limite du
raisonnable avec 1 seul 555.
R
C
~ 10 – 47 MW
~
47 – 100 µF
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École
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Les Différents types de résistances (Rappels)
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Résistance fixe à
couche carbone
Résistance fixe
à couche
métallique
Résistances pour montage
en surface
Les résistances CMS représentent +
de 70% des unités vendues
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•
Les choix logiques
Quels critères pour faire le choix ?
Résistances standard: CMS (en métal vitrifié)
Puissance : CMS jusqu’à 3W, à piquer au delà.
Précision : CMS (film métal ) 0.1% 25ppm/°C, et résistance
bobinée à piquer pour la puissance
 Mise au même potentiel : éviter les résistances CMS (tension de
claquage dans l ’air 1KV/mm).
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École
polytechnique
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Paramètres constructeurs : exemple
fin de gamme 10M à …
Prix farnell pour résistances 0805~0.04$
Pour celles-ci le prix unitaire (par
100 chez farnell) ~0.4$ !!
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École
Choix des condensateurs
polytechnique
de l’université d’Orléans
•
•
=> céramiques ou tantales ( cf recueils de fiabilité)
CONDENSATEUR céramique 47UF 6.3V CMS
–
–
–
–
•
47UF 6.3V; Capacité:47µF;
Conforme RoHS:
Tension CC:6.3V dc;
; Diélectrique:X5R; T
0.8$
CONDENSATEUR tantale prix : 0.4$ en 4v le double en 10V…
–
–
–
Capacité:47µF;
Conforme RoHS
Tension CC:4V;
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Conception d’un minuteur pour camions frigorifiques
NE 555
PIC 10F
CI
0.18$
0.55$
R
0.4$
0
C
0.8$
0
Total
~1.4$
0.55$
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polytechnique
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Etage de commande de la puissance.
bipolaire sot23
MMUN2213LT1
Digital;
Polarité transistor:NPN
Courant, Ic (hfe):5mA
Conforme RoHS
Transistor type:Small Signal
Tension, Vceo:50V
Ic maxi permanent a:100mA;
Ptot:0.2W
prix : 0;05$
BSS138N -> 0.1$
Conforme RoHS
Polarité transistor:Canal N
Tension Vds maxi:60V;
Power, Pd:0.36W;
Courant, Id cont.:0.23A;
Résistance, Rds on:3.5Ohm;
Courant, Idm impul.:0.92A;
Mosfet :
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COMMUTATION PUISSANCE: Les RELAIS
0,72 €
•
•
•
•
•
RELAIS CI SPCO 6VCC;
Conforme RoHS:AC;
Configuration contact:1RT;
Tension, bobine CC, nom:6V;
Tension, contact c.c. maxi:100V;
Puissance, bobine DC:360mW; Résistance, bobine:100Ohm;
Température de fonctionnement mini:-40°C
Courant, Commutation maxi:10A;
Courant, contact, DC maxi:10A;
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COMMUTATION PUISSANCE:
Transistors BIPOLAIRES et MOSFETS ~1$
MOSFET:
Conforme RoHS:NON;
Courant, Id cont.:1.2A;
Power, Pd:0.8W;
boîtier: SOT-223;
BIPOLAIRE
Conforme RoHS:NON
Ptot:3W;
Vcbo:150V;
Tension Vds maxi:60V;
courant, Idm impul.:4.8A;
Rds on:0.3Ohm;
Tension, Vceo:60V;
hfe, mini:100;
Courant, Ic (hfe):2A;
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École
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- La connectique ?
- Le temps de pose ?
- Les normes ( RoHS ?)
Et la fiabilité ?
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0,5$
0,25$
•
•
•
•
•
•
Description : BORNIER CI 3P;
Conforme RoHS:NON;
Nombre de pôles:3;
Nombre de voies:3;
Tension CA:250V;
Courant:13A; Taille de fil, mm2 maxi:1.5mm²; Pas:5mm;
Approbation:UL, CSA, SEV; Couleur:Gris Clair; Diamètre,
broche:0.9mm; Diamètre, trou du circuit
imprimé:1.3mm;
Description : CONTACT MALE PQ25; Conforme RoHS:AC; Taille
de fil, mm2 mini:0.2mm²; Taille de fil, mm2 maxi:0.51mm²;
Numéro AWG mini:24AWG; Numéro AWG maxi:20AWG;
Courant, DC maxi:5A; Diamètre, câble, mini:0.5mm; Diamètre,
câble, maxi:0.8mm; Approbation:UL94V-0;
Inflammabilité:UL94V-0; Matière, contact:Cuivre au cadmium;
Revêtement, contact:Nickel plaqué or
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JY CADOREL
2005

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