Isolation HT/BT sur un PCB

[guillaume_lrt]

Bonjour,

Je suis en train de crée un disjoncteur électronique réglable avec réarmement manuel sans utiliser ni d'Arduino ni d'électromécanique.

J'utilise un capteur de courant à effet Hall ACS712ELCTR-30A-T pour decter le courant et un relai 2RT pour couper la sortie du disjoncteur.

La circuiterie électronique de commande du relai est alimenté en 5V par un régulateur de tension ASM1117-5.0 qui s'alimente soit depuis l'entrée du disjoncteur, soit via une alimentation externe (dans ce cas l'entrée du disjoncteur peut être de 300V).

Le disjoncteur devrait pouvoir fonctionner sur une plage de tension d'entrée de 2 à 100V en alternatif, en continu, mais aussi sur du signal sous un courant max. de 30A et 60A en pic.
Normalement tout mes composants sont bien dimensionnés.

Mon problèmes est plutôt du coté du PCB : je sais faire une isolation galvanique ou optocouplée pour transmettre des signaux logiques, je sais que la partie logique ne doit pas être sur le même plan de masse que le partie signal et qu'il faut faire une fente sous le relai.

Je sais faire et j'ai déjà fait, mais le le problème est un peut différent :

• au niveau du capteur de courant, je ne peut pas découper le PCB
• ce capteur envoie un signal analogique donc je peut oublier les optocoupleur et les MOSFET
• j'ai un pont de diode CMS qui pose le même problème d'isolation

Bref, je ne vois pas bien comment faire....

Pour ce qui est de son utilisation, se disjoncteur servira dans des installations basse tension 12VCC, mais surtout dans mon club de modélisme pour la protection des transformateurs, des trains, et des BUS PWM / signal.

Il ressemblera à ça :

La carte fait 45mm de haut pour 50mm de large.

[jef59]

Bonjour,

En terme de protection, donc de sécurité vis à vis du matériel ou des utilisateurs, certaines erreurs sont à éviter

Dans le titre, tu cite HT/BT, mais dans les faits, ouf, tu es plutôt en BT/TBT.

C'est une erreur fréquente, pour beaucoup de monde, 230V ac ou 400V ac = HT.

Ce qui m'interpelle surtout est que par définition, un courant de court-circuit à une valeur "indéfinie" voir "infinie" exprimée en kA pour les disjoncteurs.

C'est ce qu'il doit pouvoir encaisser juste avant coupure, et couper au plus vite sous peine de prendre feu.

Compte tu utiliser ton disjoncteur pour orotéger aussi des courts-circuits?

Ce que j'ai lu sur le ACS, c'est que sa résistance d'entrée sur le conducteur par lequel passe le courant à mesurer est de 1.2m Ohms.

Alors si je fais un basique calcul:
-Tu met 12V DC en entrée disjoncteur.
-Tu fais un court-circuit, c'est à dire que sur une charge = 0 Ohms, le courant qui traverse les 1,2 m Ohms = (12/1,2)10³ = 10 kA

Je ne sais pas qui crame en premier dans la chaîne.
-Une piste sur ta carte
-l'ACS
-Les contacts du relais

Et même si rien ne crame, comment va être absorbé l'arc électrique lors de l'ouverture des contacts relais?

Ces "bêtes" là, ça a vite fait de sauter de la partie BT (les contacts du relais) sur la partie TBT (la bobine de commande du relais) qui sont sous le capot du relais.

On est à une époque moderne, la taille des contacteurs ou disjoncteurs qui encaissent des courants de court-circuit ne fait que diminuer, mais dépasse largement la taille de ton petit relais.

[guillaume_lrt]

@jef59

Dans le titre, tu cite HT/BT, mais dans les faits, ouf, tu es plutôt en BT/TBT.

C'est une erreur fréquente, pour beaucoup de monde, 230V ac ou 400V ac = HT.

Oui, je le sais en plus, mais je me suis fait avoir....
Merci

@jef59

Compte tu utiliser ton disjoncteur pour orotéger aussi des courts-circuits?

Oui, entre autre.

@jef59

Je ne sais pas qui crame en premier dans la chaîne.
-Une piste sur ta carte
-l'ACS
-Les contacts du relais

Et même si rien ne crame, comment va être absorbé l'arc électrique lors de l'ouverture des contacts relais?

Aucune idée...

Apres, je ne vais pas concevoir un disjoncteur domestique, il s'agit surtout de protéger des transformateur et de couper l'alimentation en cas de court circuit pour des appareil peut sensible.

Je n'ai poussé la réflexion jusqu'à ce point simplement car mon circuit est une amélioration / reconstruction d'un circuit fabriqué par un ami qui fonctionne déjà très bien mais qui est entièrement analogique et qui ne fonctionne pas en alternatif et qui prend trop de place (il n'est donc plus adapté pour les besoin actuels).

Je sais qu'il y aura un pic de courant au moment du court circuit, mais je suis parti du principe qu'il n'endommagerait pas le capteur Hall et le relai.

Mon système devrait pouvoir se couper en moins de 10ms.

@jef59

Ces "bêtes" là, ça a vite fait de sauter de la partie BT (les contacts du relais) sur la partie TBT (la bobine de commande du relais) qui sont sous le capot du relais.

D'où l'intérêt d'isoler la partie logique de la partie puissance...

[jef59]

J'ai pris le pire des cas de court-circuit pour mettre l'accent sur le fait que déterminer quel est réellement le courant lors d'un CC est souvent beaucoup plus que ce qu'on imagine.

Dans la réalité, il y a souvent un petit malheureux Ohm qui suffit à réduire considérablement l'amplitude du courant (0.2 ou 1 Ohm, c'est moins grave que 0.001 Ohms pour un CC)

@guillaume_lrt

D'où l'intérêt d'isoler la partie logique de la partie puissance...

Je ne connais pas ton schéma ni ton relais, a t'il une bonne isolation interne entre BT (contacts) et TBT (bobine)?

[ProfesseurMephisto]

@guillaume_lrt

il s'agit surtout de protéger des transformateur

donc une charge inductive... À l'ouverture du relais, il y aura une belle étincelle.

@guillaume_lrt

je suis parti du principe qu'il n'endommagerait pas le capteur Hall et le relai.

Le capteur Hall, non mais le relais peut prendre cher. Dans un « vrai » disjoncteur, il y a une série de lames métalliques parallèles qui servent à absorber l'arc électrique pour éviter qu'il ne se forme sur les contacts. Ceci n'existe pas sur un relais classique qui n'est pas destiné à ouvrir sur un circuit (inductif en plus) en court-circuit.

[fdufnews]

@guillaume_lrt

• au niveau du capteur de courant, je ne peut pas découper le PCB
• ce capteur envoie un signal analogique donc je peut oublier les optocoupleur et les MOSFET
• j'ai un pont de diode CMS qui pose le même problème d'isolation

• Le capteur de courant est spécifié comme isolé à 2.4kV entre les broches 1-4 et 5-8. donc je ne vois pas ce qui te gêne. L'ACS sépare complètement la partie puissance de la partie mesure puisque le capteur est à effet Hall. De toutes les façons, tu ne devrais rien avoir sous l'ACS donc je ne vois pas ce qui t'empêcherait de placer une fente.
• le capteur est isolé (comme indiqué ci-dessus) donc pourquoi vouloir optocoupler?
• pour les isolations on compte généralement 1000V par mm, il suffit d'écarter les composants.

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@guillaume_lrt

(dans ce cas l'entrée du disjoncteur peut être de 300V).

Le disjoncteur devrait pouvoir fonctionner sur une plage de tension d'entrée de 2 à 100V en alternatif, en continu,

Il faudrait savoir, tu peux avoir 100V ou 300v en entrée ce n'est pas tout à fait pareil.

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@guillaume_lrt

La circuiterie électronique de commande du relai est alimenté en 5V par un régulateur de tension ASM1117-5.0 qui s'alimente soit depuis l'entrée du disjoncteur,

Je ne vois pas de transformateur sur cette carte.

[guillaume_lrt]

@fdufnews

De toutes les façons, tu ne devrais rien avoir sous l'ACS donc je ne vois pas ce qui t'empêcherait de placer une fente.

Il y a un PAD de refroidissement sous l'ACS.

@fdufnews

le capteur est isolé (comme indiqué ci-dessus) donc pourquoi vouloir optocoupler?

1/ pour ajouter une protection supplémentaire
2/ pour défi

De toute façon un optocouplage semble impossible car il faudrait transmettrai une signal analogique.

@fdufnews

Il faudrait savoir, tu peux avoir 100V ou 300v en entrée ce n'est pas tout à fait pareil.

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@guillaume_lrt

La circuiterie électronique de commande du relai est alimenté en 5V par un régulateur de tension ASM1117-5.0 qui s'alimente soit depuis l'entrée du disjoncteur,

Je ne vois pas de transformateur sur cette carte.

Oui en effet, j'ai fait une erreur :
Apres relecture de la datasheet du régulateur j'e l'ai changé pour utiliser un MST5A50BTS-C.
D'après sa datasheet la tension max. en entrée est de 115V.

Donc si on utilise le régulateur interne du disjoncteur, il ne fonctionne qu'entre 6 et 115V. En dessous le régulateur ne démarre pas et au dessus il va fumer.

Mais si on alimente la partie logique du circuit par une alimentation électrique externe en 5V, le disjoncteur peut fonctionner jusqu'à 300V.

Apres dans la pratique, il y a très peut de chance que le circuit soit alimenté au dessus de 18V simplement car si on doit protéger une installation en 220V, on va plutôt utiliser un disjoncteur classique et qu'en modélisme on utilise jamais plus de 18V.

[guillaume_lrt]

@jef59

Je ne connais pas ton schéma ni ton relais, a t'il une bonne isolation interne entre BT (contacts) et TBT (bobine)?

Il s'agit d'un relai SMIH-05VDC-SL-2C :

SMI-5VDC-SL-2C PDF

Mais je n'arrive pas a trouver qu'elle est l'isolation interne.

@ProfesseurMephisto

Le capteur Hall, non mais le relais peut prendre cher.

Ok, mais alors comment faire ?

Si j'ai bien compris le problème est qu'à l'ouverture du relai il va y avoir une étincelle, mais je ne vois pas comment je peut faire pour éviter d'endommager le relai...

[fdufnews]

@guillaume_lrt

Il y a un PAD de refroidissement sous l'ACS.

Cela n'apparait ni sur le land pattern ni sur les vues 3D du boîtier ou du PCB.

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@guillaume_lrt

1/ pour ajouter une protection supplémentaire
2/ pour défi

Tu sais ce que l'on dit, "le mieux est l'ennemi du bien".
Donc pourquoi te rajouter une complication supplémentaire.

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@guillaume_lrt

De toute façon un optocouplage semble impossible car il faudrait transmettrai une signal analogique.

Ça se fait mais c'est un peu plus compliqué que pour les signaux logiques.
Ceci dit des produits tout fait existent, par exemple celui-ci

https://www.analog.com/en/products/adum4195-1.html

[jef59]

Vous avez l'air de négliger le calcul du courant de court circuit que vont subir les contacts du relais et les entrées de l'ACS en cas de cc franc.

C'est le rôle d'un disjoncteur de supporter cela.

La datasheet du relais indique une R de contact de 100m Ohms et une puissance de coupure de 1250VA.

Admettons qu'il faille couper un cc sur 100V dc, à travers 1 contact allé et 1 contact retour
I = 100/0.2 = 500A DC
P = 500x100 = 50 kW
On est loin de 1.25 kVA

Si je regarde les infos sur par exemple un disjoncteur Legrand standard, 10A, je vois qu'il a un pouvoir de coupure de 3000A, rien à voir je pense avec

Du relais.

[ProfesseurMephisto]

@jef59

Si je regarde les infos sur par exemple un disjoncteur Legrand standard, 10A, je vois qu'il a un pouvoir de coupure de 3000A, rien à voir

Il n'existe pas des disjoncteur pilotables ? Cela serait la solution pour @guillaume_lrt

[jef59]

@ProfesseurMephisto

Il n'existe pas des disjoncteur pilotables ?

Il faut peut être envisager autre chose qu'un disjoncteur, voir revoir les contraintes, si on est en TBT 12V et qu'on ne s'intéresse qu'aux faible surchargés en excluant les cc?
Dans ce cas quel courant max?

Sinon je connais les "gros bouzins" style disjoncteur/contacteur magnéto-thermique, réarmable à distance (à vérifier, des fois pour des questions de sécu, il faut que l'opérateur réarme la partie détection à la main).

Mais c'est cher et volumineux.

[guillaume_lrt]

@jef59

Il faut peut être envisager autre chose qu'un disjoncteur, voir revoir les contraintes, si on est en TBT 12V et qu'on ne s'intéresse qu'aux faible surchargés en excluant les cc?
Dans ce cas quel courant max?

J'avais imaginé un gros MOSFET, mais en alternatif sa ne fonctionnera pas.

Dans la pratique, le disjoncteur devrait fonctionner en 12V, 15V et 18V en fonction du type d'application (réseau analogique pur, réseau analogie PWM ou réseau digital) et la consommation devrait être de l'ordre de 5 à 6A grand maximum.

Mais je préfère prévoir de la marge, surtout qu'il est fort probable que je trouve une autre application a ce disjoncteur.

[jef59]

Tu es bien d'accord que si

@guillaume_lrt

la consommation devrait être de l'ordre de 5 à 6A grand maximum.

Il faut que le courant admissible par les contacts soient au stricte minimum de la même valeur que le courant de disjonction plus une bonne marge.

Bien que:
Tu n'es pas obligé de faire un truc aux normes pour toi, mais si tu es curieux, jette un oeil sur les courbes de disjonction A, B, C ou D des disjoncteurs.

Ça te donne idée de la philosophie, par exemple 1 disjoncteur 10A courbe D

Disjoncte approximativement pour I = 17.In en 2s
Et
pour I = 5.In en 8s approximativement, c'est à dire que pendant 8s il va supporter 50A (si In=10A).

8s, c'est long, c'est le temps de cramer +/- les contacts du relais.

Donc tu n'es pas obligé de respecter ces courbes, mais il faut avoir conscience de cette philosophie, quelle type de courbe, même perso, tu veux imposer à ton disjoncteur.
Et faire en sorte que les contacts relais supportent ces courants.

Et surtout admettre que ton disjoncteur à relais ne supportera pas les court-circuit, donc éventuellement mettre des fusibles rapides de valeurs supérieures pour les cc uniquement (un cc, ce n'est pas fréquent mais mieux vaut griller 2 fusibles que l'installation).

Bon, tout ça ce n'est pas de l'électronique pure, moi j'ai appris +/- bien sur le tas quand j'ais étais confronté à des installations bourrées de machines à protéger et qu'il ne fallait pas pour autant mettre en rade toute une salle et ses ordinateur quand on démarre un gros moteur élec ayant un très gros courant d'appel.

[68tjs]

@guillaume_lrt

De toute façon un optocouplage semble impossible car il faudrait transmettrai une signal analogique.

Il existe des opto coupleur où la base du transistor est accessible électriquement.
Il est donc possible de gérer une polarisation pour transmettre des signaux analogiques.

[guillaume_lrt]

Merci pour les conseils.

Je pense que je vais m'en tenir à un relai classique qui devrait supporter les court circuit.

Je vais me renseigner un peut plus sur les disjoncteur.

[jef59]

Ok, je rappelle qu'un court-circuit c'est une charge "petite", idéalement moins de 1 Ohm si le câblage est bon, et que les contacts du relais doivent idéalement supporter le courant de cc pour ne pas s'abîmer.

Par exemple un cc de 0.5 Ohms sur 18V, c'est 36A qui vont traverser ces contacts avant ouverture, ça peut être beaucoup plus.

A mon humble avis, la sagesse voudrait que tu renonce à protéger ton circuit contre les CC uniquement avec un relais.

Ajoute par exemple au moins une protection rapide par fusibles (par exemple).

Si tu vise en temps normal 18V/5A et que tu t'autorise des petites surcharges instantanées de 10A max, mets par exemple 2 fusibles 10A rapides qui grilleront pour un CC uniquement.

Ajoute aussi sur la charge, un "snubber" pour absorber les surcharge selfique à l'ouverture du relais, on en parle sûrement ici sur le forum, ça évitera les arcs qui pourraient brûler voir souder tes contacts relais.