Concommation d'un convertisseur 3,7V −> 12V

Mais flûte de zut, mais pourquoi cela consomme tant !

L'auteur de ce sujet a trouvé une solution à son problème.
Auteur du sujet

Bonjour à tous,

Je tente de fabriquer une paire d'enceinte Bluetooth, et je rencontre des soucis pour alimenter le module d'amplification.

L'ampli est basé sur le montage de Sonelec (BF 009). Je cherche à l'alimenter en 12V et dans les conditions dans lesquelles je l'utilise, il consomme 60 mA.

J'ai choisi d'alimenter mes enceintes par une batterie LiPo (la LP-573442-15-3 pour mes tests, farnell, datasheet) dont la tension de sortie est de l'ordre de 3,7 V.

Je dois donc convertir ce 3,7 V en 12 V et j'ai choisi pour cela d'utiliser un LT1302 (le même que dans le MintyBoost d'Adafruit). Ce choix est en partie motivé par le fait que sa notice donne le montage adéquat en bas de la page 14 (schéma reproduit en bas de ce post).

  • Première question (mais qui n'est pas la principale) : est-ce un choix raisonnable, qu'auriez-vous choisi sinon ?
  • Deuxième question : comment calculeriez vous le courant d'entré du convertisseur connaissant la tension d'entrée ($V_{In} = 3,7V$), la tension de sortie ($V_{Out} = 12V$) et le courant de sorti ($I_{Out} = 60mA$) ?

De mon coté, en notant r le rendement du LT1302, je propose :

$$I_{In} = \frac{V_{Out} \times I_{Out}}{V_{In} \times r}$$

Pour $r = 0.7$ (pris à la louche, la documentation ne donne pas grand chose à son sujet lorsque $V_{Out} = 12V$), je calcule $I_{Out} = 0.3 A$ ; ce qui est loin des 1,5 A mesurés expérimentalement !

Question subsidiaire : faut-il que je revois mon calcule ou bien que je m'inquiète de mon montage ?

Merci pour votre aide !

~2ohm

Convertisseur 3.7V −> 12V

Edit. correction des formules latex, ajout du schéma.

Edit bis. correction de la formule latex ($I_{In}$ au lieu de $I_{Out}$).

Édité par 2ohm

Coin !

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Bonjour,

J'ai regardé rapidement la documentation du circuit intégré mais je ne pense pas que le problème provient du montage mais plutôt de ta charge.

Le circuit que tu utilises est un convertisseur DC/DC, il fixe donc les tensions en entrée et en sortie mais il ne limite pas ton courant de sortie. Par exemple, si tu fais un court-circuit en sortie, le circuit intégré fournira le maximum de courant possible avant de casser ou d'activer sa protection.

As-tu essayé avec une charge adaptée ? Sous 12V, avec une résistance de 200 Ohms, tu devrais débiter 60mA ;) .

Concernant ta formule du rendement, je suppose que tu voulais calculer le Iin ? Si tel est le cas, on trouve Iin = 278mA pour un Vin de 3,7V (pour Vout = 12V et Iout = 60mA). Pour le rendement à 0,7, en effet, il n'est pas précisé pour le 12V, seulement pour le 5V, mais il devrait normalement être supérieur à 0,7 :-° (disons qu'on prend le cas le plus pessimiste :p ).

Pour moi, le circuit est un bon choix, il devrait réaliser la fonction voulue et le calcul est bon :) .

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Auteur du sujet

Hello Spit,

Bien vu la typo, c'est corrigé. :D

Je viens de faire des essais avec une charge adaptée : une simple résistance de 220 Ohm (valeur mesurée = 221,3 Ohm). Le résultat de mes mesures sont dans le tableau ci-dessous. J'y ait aussi ajouté les mesures que j'avais réalisées avec l'ampli.

Charge $U_{In}$ $I_{In}$ $U_{Out}$ $I_{Out}$
220 Ohm 4,1 V 600 mA 12 V 50 mA
ampli 4,1 V 1500 mA 12 V 60 mA

La valeur de $U_{In}$ que je note ici est erronée. Il faudrait plutôt prendre une valeur égale à 2,95 V, cf. post plus bas.

Remarques.

  • Pour la définition de $I_{In}$ et de $I_{Out}$, voir sur le schéma ci-dessous.
  • $I_{In}$ et $I_{Out}$ sont mesurés indépendamment.
  • La valeur de $U_{Out}$ est la valeur théorique. En pratique, il semble que cette tension soit plus proche de 11 V ($221,3 \times 0.05$).

Tu remarqueras que lorsque je branche l'ampli au convertisseur, son courant de sorti n'est pas dingue (60 mA), donc il n'y aurait pas de court-circuit dans l'ampli. Ta réponse et ces mesures semblent confirmer ce que je pensais : soit le rendement du LT1302 est archi nul à 12 V, soit il y a une "fuite de courant" dans mon montage … Qu'en penses tu ?

~2ohm

Convertisseur 3.7V −> 12V annoté

Edit. Typo latex.

reEdit. Ajout de la mise en garde sur la valeur de $U_{In}$.

Édité par 2ohm

Coin !

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Ok, on s'est mal compris sur le problème alors. Je pensais que tu parlais de 1,5A en sortie :D (d'où l'hypothèse sur le CC dans la charge)

Charge $U_{In}$ $I_{In}$ $U_{Out}$ $I_{Out}$ $P_{In}$ $P_{Out}$ $P_{Dissipée/Perdue}$ Rendement
220 Ohm 4,1 V 600 mA 12 V 50 mA 2,46 W 0,6 W 1,86 W 24,4%
ampli 4,1 V 1500 mA 12 V 60 mA 6,15 W 0,72 W 5,43 W 11,7%

2ohm

C'est pas terrible en effet :p

Bon, je te propose 3 choses à tester:

  • Alimenter le montage à partir d'une alimentation continue réglable (pour se prémunir de la batterie, même si je ne pense pas que le problème vient de là …)
  • Augmenter la capacité d'entrée (330uF par exemple)
  • Éventuellement changer le circuit intégré (il fournit le 12V donc ce serait surprenant qu'il ait un problème)

Sinon j'ai quelques questions:

  • As-tu attendu d'être en régime établi pour effectuer tes mesures (je ne connais pas ton niveau mais je pense que oui :p )
  • Comment est réalisé le montage ? Sur une breadboard, en l'air, sur un circuit imprimé ?
  • Quelle est la température du boitier du circuit intégré lorsqu'il est en fonctionnement ?
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Auteur du sujet

Ok, on s'est mal compris sur le problème alors. Je pensais que tu parlais de 1,5A en sortie :D (d'où l'hypothèse sur le CC dans la charge)

Spit

Ce n'est pas grave, ta remarque m'a rappelé que c'est un bon réflexe de débuguer un circuit avec une charge vraiment connue. ;)

Je tacherai de tester tes 3 propositions cette après midi, cependant, je peux déjà répondre à tes questions.

  • Les mesures faites avec l'ampli sont en régime établi (valeur de courant fixe). Pour celles avec la charge de 220 Ohm c'était un peu plus compliqué. D'après mes notes, j'ai pu mesurer $I_{Out}$ en régime établi, mais pas $I_{In}$ qui décroissait régulièrement et pour laquelle j'ai noté à la valeur à t = quelques secondes. Sur le moment, j'ai attribué ce phénomène au fait que la résistance chauffait (beaucoup) et que cela modifiait sa valeur. 1 Ce n'est quand même pas le nec plus ultra de la mesure, je m'y reprendrai un peu plus proprement cette après midi …
  • Le montage est réalisé à peu près proprement (cf. photo). J'utilise un breadboard pour connecter la batterie et le multimètre. (photo à venir)
  • Le boîtier du circuit intégré reste à température ambiante. Disons plutôt que sur le temps de l'expérience, si il a chauffé, cela n'est pas discernable au touché.

À suivre, merci !

~2ohm

Alimentation 12V


  1. Cela dit, c'est plutôt cohérent. En s'échauffant, $R$ augmente, donc $I_{Out}$ diminue (loi d'ohm à tension constante) donc $I_{In}$ diminue (conservation de l'énergie, grosso modo, non ?). 

Coin !

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Auteur du sujet

Hola !

Me voici de retour avec toute une collection de nouvelles mesures.

Point important sur lequel je veux insister tout de suite, les valeurs de $U_{In}$ que j'ai données jusque là sont erronées. Si elles correspondent bien à la valeur de la tension aux bornes de la batterie, ce ne sont pas les valeurs de la tension à l'entrée du convertisseur. En effet, la batterie est accompagnée de quelques composants qui en permettent sa charge avec un système de load-sharing. (cf. schéma ci-dessous) La tension en sortie de ce montage n'est pas strictement égale à la tension en sortie de la batterie. Sans charge, on observe un $\Delta V \approx 0,6 V$, valeur classique de la tension drain-source pour le DMP1045U.

LiPo charger with load sharing

Exp 1. Mesures avec une charge connue.

Commençons par l'étude du convertisseur avec une charge connue. En écrivant mon précédent post, je me suis rendu compte que mes mesures n'étaient pas d'une qualité extraordinaire. J'ai donc repris les choses de zéro.

Il s'agit donc de mesurer le courant d'entrée et de sortie d'un convertisseur 12V DC/DC. En entrée, il est alimenté par une batterie LiPo (accompagnée de son circuit de charge), en sortie il alimente une charge connue : une résistance de 220 Ohm (valeur mesurée : 213 Ohm).

Lors de ces mesures, la résistance chauffe rapidement ce qui a pour effet de modifier sa valeur. Les valeurs de $I_{In}$ et de $I_{Out}$ en fonction du temps pendant les premières secondes sont données en figure 1 et 2.

Comme je n'avais pas de générateur sous la main, j'ai mesurée quelques tensions supplémentaires. :D

Point de mesure
Aux bornes de la batterie 3,98 V
En entrée du convertisseur 2.95 V

Même si on ne retrouve plus le $\Delta V = 0,6 V$, ces valeurs sont restent constantes lors de leur mesure.

La valeur à retenir est la tension en entrée du convertisseur : $U_{In} = 2,95 V$.

Exp 2. Changement du LT1302.

En changeant le LT1302 par une nouvelle puce, les valeurs mesurées ne changent pas significativement. (cf. figures 1 et 2)

Exp 3. Changement du condensateur d'entrée.

En changeant la valeur du condensateur d'entrée (100 µF –> 220 µF, je n'avais pas 300 µF en stock), les valeurs mesurées ne changent pas significativement. (cf. figures 1 et 2)

Fig 1. Mesures de $I_{In}$

Fig 2. Mesures de $I_{Out}$

So what?

En reprenant la formule que j'exposais dans le premier post, le rendement de mon convertisseur est :

$$r = \frac{V_{Out} \times I_{Out}}{V_{In} \times I_{In}}$$

Avec …

Grandeur Valeur
$U_{In}$ 2,95 V
$I_{In}$ 620 mA
$U_{Out}$ 10,6 V
$I_{Out}$ 49,4 mA

… on trouve

$$r = 29 \% $$

Devant cette valeur peu satisfaisante, sauf si Spit tu vois quelque chose que j'aurais pu avoir manqué, je vais user d'une stratégie d'évitement. Si au départ mon projet est de faire une paire d'enceintes Bluetooth, je me rends compte que si j'arrive à assembler un "adaptateur Bluetooth", je serais très heureux. (Par "adaptateur Bluetooth", j'entends un petit boîtier que je peux brancher en entrée de ma chaîne HiFi pour y transmettre de la musique en Bluetooth.) Ce faisant, je peux me débarrasser de la partie ampli de mon montage et donc de ce convertisseur 12V un peu trop gourmand !

@juke. Affirmatif ! Je travaille sur ce projet avec un ami et nous mettons à jour 2 pages hackaday à son propos.

Pour l'histoire, nous avons commencé ces enceintes dans le cadre d'un projet de startup, que finalement nous ne lancerons pas. Cependant nous avons décidé de finir proprement quelques petites choses que nous avions commencées, dont ces enceintes. Tu trouveras ainsi quelques d'autres infos sur notre wiki : http://www.kitnpack.fr/wiki/projets/004.

~2ohm

PS. Quelques photos …

(Là, la batterie n'est pas connectée) DC/DC converter, avant DC/DC converter, arrière

Edit. Typos

Édité par 2ohm

Coin !

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Tu as essayé le montage directement avec une alimentation continue réglable, sans passer par le load sharing ?

Tu peux ensuite essayer avec la batterie chargée mais sans le load sharing, histoire de voir si ce n'est pas lui qui pose problème …

L'idée c'est de tester les choses une par une, tu valides ainsi chaque partie indépendamment :)

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Auteur du sujet

L'idée c'est de tester les choses une par une, tu valides ainsi chaque partie indépendamment :)

Spit

Où avais-je mon bon sens hier … Bien sûr. Je ne peux pas faire de nouvelles mesures avant demain, mais je le ferai. Et avec un peu de chance, l'alimentation continue réglable sera disponible.

~2ohm

Coin !

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L'idée c'est de tester les choses une par une, tu valides ainsi chaque partie indépendamment :)

Spit

Où avais-je mon bon sens hier … Bien sûr. Je ne peux pas faire de nouvelles mesures avant demain, mais je le ferai. Et avec un peu de chance, l'alimentation continue réglable sera disponible.

~2ohm

2ohm

En fait, je suis super étonné que ton montage ne fonctionne pas, il n'y a pas de grosse difficulté et pourtant il y a bien un problème qui n'a pas l'air de se régler aussi simplement.

La dernière solution c'est de vérifier tout le montage, une étourderie est vite arrivée (et pour avoir déjà câblé sur une plaque à trous, on fait vite une erreur de câblage :p )

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Auteur du sujet

En fait, je suis super étonné que ton montage ne fonctionne pas, il n'y a pas de grosse difficulté et pourtant il y a bien un problème qui n'a pas l'air de se régler aussi simplement.

Spit

Suis tout à fait d'accord. Et le pire c'est qu'il fonctionne ! :) Mais pas assez bien … :(

~2ohm

Coin !

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