Gérer la tension d'alimentation

Bonjour,

Pour un projet, je prévois d’utiliser des piles (afin de rendre la chose transportable) pour alimenter un moteur et un ATmega328P-PU (en standalone) sur circuit imprimé. Seules contraintes, il faut que ca fonctionne et que ca tienne au moins une journée (ou 2 idéalement) sans risquer la panne de jus.

Tous les composants du circuit sont faits pour fonctionner en 5V sauf le moteur qui lui est en 3.7V (courant nominale < 500mA) .
Le but est donc que j’adapte la tension d’alimentation fournie par les piles en 5V et en 3.7V

Concernant le choix des piles, je pense utiliser 4 piles de 1.5V (6V) ou 6 piles de 1.5 V (9V). Le 6V sera un peu juste à cause de la chute de tension non ?

Pour adapter cette tension d’alimentation en 5V puis en 3.7V, je prévois d’utiliser un régulateur de tension 5V LM7805 qui alimentera le PCB et le moteur à travers deux diodes Silicium pour arriver à une tension de 5-2*0.7 = 3.6 V.

Est ce que ce type de montage vous parait judicieux niveau fonctionnement et autonomie énergétique ?
(Je précise que le moteur ne tourne que pendant quelques secondes toutes les heures.)

Je vous remercie

Bonjour,

l'ATMEGA peux fonctionner sous 3.7v, pourquoi donc utiliser une tension plus importante et un 7805 qui vont te faire perdre de l'énergie (par dissipation thermique). Trois batterie de 1.2v ferais donc l'affaire ? A moins que tu n'ai besoin de 5v pour d'autres composants sur ton PCB ?

Pour calculer l'autonomie de ton système : X mAh (capacité de ta batterie ou pile) / Y mA (consommation de ton système, tu peux lisser sur le temps) * 0.7 = H (Nombre d'heures d'autonomie)

Bonne journée

Merci pour ta réponse Ludo

A moins que tu n'ai besoin de 5v pour d'autres composants sur ton PCB ?

Oui j'ai un capteur qui fonctionne en 5V. De plus, en alimentant avec du 3.6V, n'y a t-il pas un risque d'avoir une chute de tension au fil de la décharge non et donc que le moteur et l'atmega soient sous-alimentés ?

Re,

C'est vrai, même si on pourrai palier en mettant une grosse capa pour le démarrage du moteur, il y a un moment ou l'atmega va surement être déstabilisé (à tester !)
5 piles de 1.5v ça nous amène à 7.5v ce qui est raisonnable en estimant qu'une pile qui commence à être hs ne délivre plus qu'1.2 ou 1.3v (je me trompe..?).

Quel est le capteur (consommation) ?

Pour économiser la batterie, je partirais plutôt sur deux alimentations à découpages (à tester) alimentées par une bonne batterie de 7,2V (li-po ou autres).

Un alim délivrant les 5V pour l’arduino et le capteur et une alim pour la tension 3.7V du moteur.
Les alimentations à découpages présentent un meilleur rendement.

Des circuits spécialisés existent pour ça ,mais là il faut maitriser la conception.

Quel est le capteur (consommation) ?

C'est un capteur de pression (MPX5050DP) qui consomme du 7-10 mA.

il y a un moment ou l'atmega va surement être déstabilisé (à tester !)

Qu'entends tu par être déstabilisé ? Tu veux dire que le moteur au démarrage risque de tirer trop de courant au point de ne plus en laisser pour l'arduino ? Avec un régulateur de tension (LM1085) qui peux fournir du 3A, le problème devrait être réglé ?

Les alimentations à découpages présentent un meilleur rendement.

Est ce vraiment judicieux d'utiliser une alimentation à découpages pour un circuit qui alimente un écran LCD 16x2 (qui va être en mode veille la plupart du temps), le moteur (qui ne fonctionne aussi que quelques secondes par heures), l'ATmega et un capteur ?

Développer une alimentation à découpage est un travail de spécialiste mais on en trouve des toutes faites pour 1 à 2 € rendue dans la boîte à lettre (achetées directement en Chine).

Le fonctionnement d'un régulateur et d'un convertisseur est fondamentalement différent.
Réguler et convertir sont deux notions différentes.

Fonctionnement d'un régulateur :
Un régulateur fonctionne à courant constant.
L'excès de tension est dissipée sous forme de chaleur par le régulateur.
Exemple de calcul :
entrée 7V
sortie 5V
Courant dans la charge 1A
Puissance fournie au régulateur P =UI = 7V*1A = 7W
Puissance restituée dans la charge P= UI = 5V *1A = 5W
Rendement théorique (avec les valeurs de l'exemple) = 5W/7W = 70 %
Remarque : si la tension d'entrée était 12V le rendement ne serait plus que de 40% !

Fonctionnement d'un convertisseur
Un convertisseur fonctionne à puissance constante.
Ce qui implique que si la tension de sortie est inférieure à la tension d'entrée le courant d'entrée sera plus faible que le courant de sortie.
Conséquence immédiate -> augmentation de l'autonomie.
Exemple :
entrée 7V
sortie 5V
Courant dans la charge 1A

Puissance consommée par la charge = P =UI = 5V* 1A = 5W
Puissance consommée en entrée du convertisseur P = 5W puisque le convertisseur fonctionne à puissance constante.
On en déduit que le courant d'entrée du convertisseur sera égal à I = P/U = 5W / 7V = 0,7 A
Rendement = 100%
Remarque : si la tension d'entrée était 12V le courant d'entrée ne serait plus I = 5 /12 = 0,4 A

Bien sûr dans la vie réelle il faudra prendre en compte des pertes et les deux rendements seront plus faibles.

Il existe des convertisseurs

  • abaisseurs (step-down)
  • élevateur (step-up) --> dans ce cas bien évidement pour conserver la puissance constante la pile fournira un courant supérieur à celui de la charge.
  • abaisseur/élévateur (step up down) : on peut obtenir une tension de sortie de 5V avec une tension d'entrée comprise (par exemple) entre 2V et 7V

Réduction de consommation :
Si les composants ne sont pas actionnés en permanence il est possible d'en mettre en sommeil.
En particulier le micro peut se mettre en sommeil et dans le micro il est possible de désactiver les fonctions qui ne servent pas.
Un micro sous 3,3V consommera moins que sous 5V mais il n'est pas garanti qu'il fonctionnera avec un quartz de 16 Mhz. La limite de fréquence garantie sous 3,3V étant de 12 MHz.
Un micro qui tourne à 12 MHz ( à fortiori à 8MHz) consommera moins qu s'il tourne à 16 MHz.
Pour pouvoir continuer à utiliser les fonctions arduino il est préférable de mettre un quartz à 8MHz.

Plus d'info ici : Gammon Forum : Electronics : Microprocessors : Power saving techniques for microprocessors

Merci pour les explications sur les convertisseurs et régulateurs !

Concernant la gestion de la consommation du micro, vu que j'utilise un capteur de pression et que celui ci doit fournir les données à une fréquence assez élevée et à tout moment afin de commander le moteur, je suppose qu'il n'est pas possible le mettre dans aucun des "sleep_mode" ?

EDIT: Autre question un peu à part, placer un circuit imprimé très près (presque en contact) contre un moteur DC, le champ électromagnétique généré par le moteur ne va t'il pas détériorer la qualité des signaux sur le PCB ?

Merci pour les explications sur les convertisseurs et régulateurs !

Concernant la gestion de la consommation du micro, vu que j'utilise un capteur de pression et que celui ci doit fournir les données à une fréquence assez élevée et à tout moment afin de commander le moteur, je suppose qu'il n'est pas possible le mettre dans aucun des "sleep_mode" ?

EDIT: Autre question un peu à part, si je place un circuit imprimé très près (presque en contact) contre un moteur DC, le champ électromagnétique généré par le moteur ne va t'il pas détériorer la qualité des signaux sur le CI ?

je suppose qu'il n'est pas possible le mettre dans aucun des "sleep_mode" ?

Ça dépend, as tu tout lu ?
Il y a la mise en sommeil totale ou par partie.
Te sers tu de l'analogique ? Si c'est non tu peux ne pas alimenter le convertisseur et son multiplexeur.
Idem pour les timers.
Ce ne sont bien sûr que des exemples parmi d'autres.

le champ électromagnétique généré par le moteur ne va t'il pas détériorer la qualité des signaux sur le CI ?

Détériorer n'est pas exactement le bon terme.
Le champ magnétique ou électrique (les deux sont liés) va superposer des signaux parasites aux signaux utiles.
Ok au final le résultat sera le même, ma remarque est là pour introduire la possibilité d'un blindage pour protéger les signaux utiles.

Pour quantifier si il faut un blindage ou pas on est dans le domaine des suppositions, tout dépend des valeurs relatives.
Rien de mieux que l'expérimentation

Te sers tu de l'analogique ? Si c'est non tu peux ne pas alimenter le convertisseur et son multiplexeur.
Idem pour les timers.

Oui, j'ai oublié de préciser la nature du capteur mais c'est bien un analogique.

Pour quantifier si il faut un blindage ou pas on est dans le domaine des suppositions, tout dépend des valeurs relatives.
Rien de mieux que l'expérimentation

Le moteur DC fonctionne avec du 3.7V,je ne l'ai pas encore sous la main donc ca va être un peu dur d'expérimenter pour le moment ^^. Pour ce qui est de l'expérimentation, si je la fais avec un capteur analogique, j'aurais juste à comparer les valeurs affichées sur le moniteur série qui sont envoyées par le capteur en fonction de sa proximité avec le moteur et regarder si celles-ci sont affectées ?

C'est bien d'essayer d'anticiper les possibles difficultés mais il ne faut pas se prendre la tête dans les détails non plus.

Si tu veux mon avis le pire qui puisse arriver c'est tu connectes le moteur sur la carte Arduino, parce que là les parasites passeront directement par l'alim.
Ce n'est pas toujours possible mais il est grandement préférable que le moteur et l'électronique ne soit pas directement sur la même alim.
Si tu peux insérer un régulateur sur l'électronique ce sera parfait.