Multiplexer des signaux 48V

Bonjour tout le monde,

Je travaille actuellement sur un projet de stage de fin de DUT consistant en la rénovation d’un banc d’essais de cartes d’alarme et je rencontre un problème.

Le schéma que j’ai fourni présente une carte d’alarme (distinguable au centre), avec tout autour, des éléments permettant de tester si elle est fonctionnelle ou non. Ce schéma est en réalité le schéma d’une séquence d’alarme (que j’ai également à ma disposition).

Mon cahier des charges me demande de connaître l’état d’excitation des relais A, B et C pour ensuite traiter ces données à l’aide d’une carte Arduino pour respecter la séquence demandée. Petite précision, je ne peux pas avoir accès aux composants de la carte, mais uniquement aux broches numérotées 1 à 25 (qui correspondent à un connecteur 25 broches classiques) et à tous les autres composants présents autour de la carte.

C’est pour cela que j’ai décidé de contrôler l’état de chacun des circuits (ouvert ou fermé) afin donc de connaitre l’état d’excitation des relais (ex : entre les broches 17 et 22, le circuit peut être fermé uniquement si le relais A est excité et le relais B désexcité). Pour être plus clair, je vous fournis la table de vérité et les équations de fermeture que j’ai faites.

C’est là que je rencontre mon problème. En effet, pour traiter ces données sur une carte Arduino, j’ai besoin de convertir chacune de ces potentielles tensions 48V en tensions 5V pour ensuite lire l’état (ouvert-fermé/ HIGH-LOW) de chaque circuit avec un programme. Ainsi, j’aurais donc besoin de trop d’abaisseurs de tensions pour pouvoir connaitre l’état de chaque circuit correspondant aux lignes entre broches. J’ai donc pensé à une solution de multiplexage pour réduire considérablement le nombre de composants et n’utiliser au final qu’un seul abaisseur de tension, mais je ne trouve aucun multiplexeur capable de gérer des signaux de 48V.

Mes questions sont les suivantes : connaissez-vous un multiplexeur pouvant gérer des signaux 48V ?

Et plus largement, dans mon cas, qu’auriez-vous fait pour savoir si un circuit est fermé ou non en sachant que tout est alimenté en 48V ?

J’espère que vous comprendrez ce que j’ai voulu dire et je vous remercie d’avance.

Que disent les spécifications de la série CD 4000 ?

La série 74****** est constituée de transistors bipolaires, utilise les niveaux logiques TTL et ne fonctionne que sous 5V.

La série 74HC****** utilise des circuit CMOS , des niveaux logiques CMOS et ne fonctionne que sous 5V
La série 74HCT idem comme 74HC mais avec des niveaux logique TTL.

La série CD 4000 utilise des circuit CMOS, analogiques ou numériques et accepte une large gamme de tension d'alimentation.
C'est de ce coté qu'il faut rechercher pour voir si le 48 V est accepté.

Bonsoir

la série CD4000 est limitée à 18V , 20V pour la valeur maximale absolue (15V seulement pour certaines marques)

il faut sans doute abandonner la piste du multiplexeur 48 V pour revenir à des 'abaisseurs' qui pourraient n'être que des ponts diviseurs résistifs

Si on prend n'importe que circuit CMOS (CD4XXX ou 74HCXXX) l'impédance d'entrée est grande, en branchant le circuit test au travers d'une résistance de 100ko, le courant qui va passer est de 43V/100ko=0,4mA et ce courant passe par les diodes de protection du circuit. Je pense par exemple au CD74HC4067 qui accepte un courant d'entrée de +/-20mA par ses diodes. On a ceci en entrée:

Presse-papiers-1.jpg

Presse-papiers-1.jpg

Les diodes de protection sont dimentionées pour un usage bien précis : protéger des phénomènes électrostatiques et sont présentes dans tous les CI : bipolaire , CMOS, silicium, silicium-germanium, AsGa, etc........
A Mon Humble Avis je ne pense pas que ce soit une bonne idée de les utiliser à autre chose.

Cerise sur le gâteau les schémas sont propriétaires, les constructeurs ne donnent que des schémas de principe qui peuvent être bien éloignés de la réalité.
Dans les micros STM32 elles servent pour que les entrées puissent accepter des niveaux 5V alors que le micro est alimenté en 3,3 V.
D'une part elles sont calibrées pour et d'autre part le raccordement de la diode supérieure n'est pas direct au Vdd du micro (probable brevet ST).

Dans les symboles des transistors MosFet il y a une diode. Cette diode n'est pas voulue elle est une conséquence de la technologie, elle est inévitable donc parasite.
La plus part des fabricants ne spécifie pas cette diode, on ne peut pas l'utiliser.
Certain fabricants l'ont caractérisé et font figurer dans la datasheet les limites d'utilisation, on peut alors l'utiliser en toute sécurité.

Bonjour

Si on prend n’importe que circuit CMOS (CD4XXX ou 74HCXXX) l’impédance d’entrée est grande

vrai , sauf exceptions comme les multiplexeurs analogiques pour lesquels les entrées analogiques aboutisent à une résistance (centaine d’ohm à 'état ON) reliée à la sortie commune.
Les multiplexeurs analogiques ont à part dans la famille CMOS, du moins pour ce qui est de leurs E/S analogiques.

Il m’est arrivé de faire jouer les diodes de protection comme mais uniquement avec un feu vert explicite de la Data Sheet du composant (certains microcontrolleurs PIC 16). Si je ne vois pas d’indication claire je préfère éviter une conduction de longue durée dans ces diodes de protections.

Si brakokz veut tenter la chose (solliciter en continu les diodes de protection) mieux vaut , il me semble, prendre un multiplexeur numérique genre HC251 pour lequel toutes les entrées sont en haute impédance et éviter les 405x ou 4067 (analogiques)

Bonjour,
en théorie, ce qu'on demande aux diodes esr :

  1. écouler tension et courant importants
  2. en très peu de temps
  3. fonctionnement en nombre limité, typiquement pour pardonner une manipulation hasardeuse
    si on s'en sert pour limiter la tension sur une entrée, à l'aide d'une résistance, ce qu'on fait c'est, point par point, le contraire ; les risques sont :
  • destruction lente de la diode par effet tunnel
  • circulations de courants vagabonds dans le substrat, qui n'a pas été fait pour ça ; avoir un substrat corrompu c'est un peu comme jouer au basket sur une patinoire
    pour autant, les amateurs et autres geek ne se sont pas gênés de passer outre ces recommandations, ce qui, avec les décennies qui passent, a obligé à admettre que pour certains produits, les avr notamment (uno, nano etc.), ça marchait quand-même. Pour autant atmochip, par exemple, n'a pas jugé utile de rectifier ses datasheet.
    donc la tension maximum admissible, pour tout montage sérieux, c'est vcc + 0.3v
    sauf spécification contraire comme pour le stm32, mais pas l'esp8266, dont la tolérance au 5v n'a jamais été qu'une légende urbaine

bonjour
Perso dans un cas comme çà , je me fabriquerais un boitier equipée de DB25 et où chaque ligne 0/48V serait equipée d'une led+R, c'est simple à mettre en oeuvre ,ça donne une visu instantanée de la realité, c'est simple de repiquer la tension de seuil des leds et c'est tres facile à decliner en version isogalva avec des photocoupleurs
çà rejoint l'option d'Al1 avec pont diviseur

Pour info, ce qui est dans les datasheets des 74HC151 et 74HC251 de Texas Instruments:

Input clamp current, IIK (VI < 0 or VI > VCC) (see Note 1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ±20 mA
NOTES: 1. The input and output voltage ratings may be exceeded if the input and output current ratings are observed.

al1fch:
Bonsoir

la série CD4000 est limitée à 18V , 20V pour la valeur maximale absolue (15V seulement pour certaines marques)

il faut sans doute abandonner la piste du multiplexeur 48 V pour revenir à des 'abaisseurs' qui pourraient n'être que des ponts diviseurs résistifs

de mémoire ... il y avait la série cd4000, limitée à 15 (ou 16?)v, puis la série cd4000B, comme buffer, limitée à 18v, entres autres améliorations ; on a sans doute oublié de préciser le B, car on ne trouve plus que ça
(à force de travailler avec du 5v et maintenant du 3.3v, on oublie presque l'existance de circuits fonctionnant à 18v)

vileroi:
Pour info, ce qui est dans les datasheets des 74HC151 et 74HC251 de Texas Instruments:

là ça doit être bon (même si la Note 1 n'est pas 100% claire)

Artouste:
bonjour
Perso dans un cas comme çà , je me fabriquerais un boitier equipée de DB25 et où chaque ligne 0/48V serait equipée d'une led+R, c'est simple à mettre en oeuvre ,ça donne une visu instantanée de la realité, c'est simple de repiquer la tension de seuil des leds et c'est tres facile à decliner en version isogalva avec des photocoupleurs
çà rejoint l'option d'Al1 avec pont diviseur

c'est le top
en tous cas on est d'accord que le principe d'utiliser un multiplexeur pour économiser des diviseurs de tension, est fort compréhensible de la part d'un débutant, mais tout aussi saugrenu en 2ème lecture

par ailleurs, on avait comme principe d'écrire A\ ou /A au lieu de A/ ...

Bonjour

De simple relais Arduino pour aliment en 48V les relais de la carte et des optocoupleur/photocoupleur pour lire les états des sorties serait l'installation la plus simple pour isolé le 48V de l'arduino ? non ?

@+

oui, mais on va du 48v vers le 5v, et pas l'inverse

J'ai pas du saisir sa question ou je me suis mal exprimé

@+

La solution avec opto coupleur est fonctionnelle dans les deux sens 48 vers 5 V et 5V vers 48V (mais pas bidirectionelle ! ).

A la réflexion c’est le même principe que la solution d’Artouste
D’un coté 25 boîtiers opto + deux fois 25 résistances (à la limite 25 fois une seule résistance si on utilise les résistances de poule up du micro, mais pas sûr que le courant dans le phototransistor soit suffisant pour un fonctionnement fiable).

De l’autre 25 dels (leds) et 25 résistances et plus surement deux fois 25.
Sauf à utiliser des multiplexeurs analogiques et le convertisseur analogique digital du micro, il faudra insérer une résistance supplémentaire avec les dels pour obtenir une tension compatible avec les normes CMOS (V_il <= 20% VDD et V_ih >= 80% VDD).

Le micro avr commute autour de Vcc/2 mais pas les circuits numériques CMOS comme les multiplexeurs.
A voir avec la datasheet du multiplexeur si une del blanche ou bleue (Vd > 3V) pourrait convenir sans résistance supplémentaire. D’un autre coté cela ne coûte rien de la prévoir.

La solution Artouste me plait bien car elle apporte un plus pendant la phase de mise au point avec un contrôle visuel.

Je vous remercie tous grandement pour votre aide, je creuse vos pistes de mon côté et je reviendrai vers vous si j'ai de nouvelles questions.