Nouveau: Le Mini-Battery-Supervisor

Nouveau: Le Mini-Battery-Supervisor

Le nouveau venu de la famille des circuits Yoctopuce est le plus petit de tous, et pourtant il pourrait vous être d'une grande utilité. A première vue, le Mini-Battery-Supervisor ressemble à un simple connecteur USB montable en façade, mais il incorpore en plus une électronique de régulation et de contrôle pour une source d'alimentation externe. Voyons à quoi cela peut servir...


Le Mini-Battery-Supervisor
Le Mini-Battery-Supervisor


Lorsque l'on construit un système de mesure autonome, par exemple basé sur un YoctoHub-Wireless-g ou un YoctoHub-GSM-3G-EU, on rencontre forcément à un moment la question de l'alimentation électrique du système. Le standard demandé étant une alimentation de type USB, soit une tension nominale de 5V, on peut utiliser un chargeur USB. Mais cela pose plusieurs problèmes.

Le partage du connecteur USB


Lorsqu'on alimente un système par le connecteur USB, celui-ci n'est plus disponible pour y brancher un câble USB pour faire la configuration du système. On peut bien sûr débrancher et rebrancher l'autre câble, mais cela force à mettre hors tension le système, ce qui n'est pas forcément souhaitable si l'on veut récupérer des données pour investiguer un problème avant la mise hors tension. Par ailleurs, si le système entier est dans une boîte, on ne peut pas avoir simultanément le connecteur accessible à l'extérieur de la boîte et branché à une batterie à l'intérieur.

Le Mini-Battery-Supervisor offre une solution élégante à ce problème. Doté d'un connecteur USB Micro-B qui peut être monté en façade et de contacts séparés pour une arrivée d'alimentation externe, il permet d'utiliser les deux sources d'alimentation à volonté sans toutefois les câbler en parallèle: un commutateur électronique bascule la source d'alimentation en fonction de la présence ou non d'un hôte sur la prise USB externe, sans causer de coupure d'alimentation du système.


Face extérieure Face intérieure
Fixation en façade du Mini-Battery-Supervisor



La régulation de tension


Lorsque le système doit être alimenté par batterie, on ne peut pas alimenter un appareil USB directement avec des batteries NiMH ou des batteries au lithium, car une tension trop haute endommagerait le matériel. La solution préconisée jusqu'à présent était d'utiliser une de ces batteries USB pour charger les téléphones portables, qui fournit précisément du 5V. Mais le problème de ces batteries est qu'elles ont tendance à se mettre automatiquement hors tension lorsque le système ne consomme "pas assez", ce qui les rend inutilisables pour les systèmes à très basse consommation. Par ailleurs, elles sont la plupart basées sur des cellules au Lithium, ce qui empêche leur utilisation dans les applications sensibles au risque d'incendie, comme le transport aérien.

Le Mini-Battery-Supervisor offre une solution simple pour utiliser des batteries NiMH usuelles, car il inclut un régulateur abaissant la tension fournie sur l'entrée de batterie aux 5V permis par le standard USB. Notez qu'il s'agit d'un simple régulateur linéaire, qui conviendra donc particulièrement aux applications à faible consommation. Vous trouverez plus de détail dans la documentation du produit.

Utilisation de piles alcalines pour alimenter un système par USB
Utilisation de piles alcalines pour alimenter un système par USB



La déconnexion lorsque les batteries sont déchargées


Si l'on laisse un appareil sous tension connecté à des batteries indéfiniment, celles-ci finissent forcément par se vider entièrement, ce qui peut poser deux problèmes très sérieux:

  1. Lorsqu'un système électronique est utilisé en dessous d'une tension minimale, un effet de "brown-out" apparaît, qui cause des comportements erratiques imprévisibles. Les processeurs peuvent se mettre à exécuter des instructions partiellement, ou aléatoirement. Et surtout, cela tend à corrompre les mémoires flash, même lorsqu'elles sont en principe protégées contre l'écriture. C'est donc un effet à éviter à tout prix.
  2. Lorsqu'une batterie est vidée au-delà de la limite prévue, sa structure interne se modifie en raison de réactions chimiques indésirables. C'est ainsi qu'une batterie au Lithium trop déchargée a un risque non négligeable de prendre feu à la recharge, tandis qu'une batterie NiMH peut voir sa polarité s'inverser.


Le Mini-Battery-Supervisor protège tant la batterie que l'appareil connecté contre ces deux problèmes grâce à l'utilisation d'un superviseur de tension: la tension de la batterie est comparée en permanence à un seuil préconfiguré, et dès qu'elle passe en dessous du seuil l'appareil est mis hors tension. Pour limiter au maximum les risques de "brown-out", la tension aux bornes de l'appareil est même tirée activement vers le 0V.

L'appareil n'est remis sous tension que lorsque la batterie est remplacée par une batterie pleine: le seuil de réactivation est beaucoup plus haut que le seuil de déconnexion. Dans le cas contraire, l'appareil se réactiverait spontanément en boucle, en raison du fait que la tension sur une batterie sans charge remonte naturellement, et cela causerait à nouveau un risque de "brown out".

Voici un exemple de courbe de décharge réelle. La ligne rouge correspond à la tension sur la batterie (5 cellules NiMH de taille AAA), tandis que la ligne bleue correspond à la tension mesurée directement sur l'appareil, protégé par le Mini-Battery-Supervisor. L'appareil est connecté au YoctoHub-Wireless-SR avec deux capteurs Yoctopuces, configuré pour se réveiller toutes les 10 minutes et s'endormir après 2 minutes:

Courbe de décharge et coupure d'alimentation
Courbe de décharge et coupure d'alimentation


On voit aisément la forte différence de tension de la batterie en fonction de la présence ou de l'absence de la charge, lorsque le YoctoHub part en sommeil profond, ainsi que lorsqu'il est définitivement mis hors tension à l'épuisement de la batterie.

Les seuils de déconnexion et de réactivation doivent être choisis avec soin car il n'y a pas beaucoup de différence entre un batterie NiMH pleine (1.3V) et la même batterie vide mais sans charge (environ 1.25V). Le Mini-Battery-Supervisor permet de configurer à l'aide de micro-interrupteurs ces seuils, en choisissant parmi quatre combinaisons:

Type de batteriesSeuil de déconnexionSeuil de reconnexionConsommation résiduelle
2S LiPo6.45V8.05V95uA
4C Alkalines
5C NiMH
5.0V6.25V75uA
4C NiMH4.5V5.2V78uA
1S LiPo3.5V4.05V60uA


La consommation résiduelle correspond au courant de fuite qui part dans le Mini-Battery-Supervisor lorsque le système est mis hors tension en fin de batterie. Il est suffisamment faible pour ne pas endommager la batterie, à moins que celle-ci reste vraiment dans cet état durant des semaines.

Conclusion


Nous avons conçu ce produit parce qu'il remplissait un besoin que nous rencontrons fréquemment lors des projets que nous réalisons à base de modules Yoctopuce, et pour lequel nous n'avions trouvé aucune solution existante sur le marché. On espère donc qu'il vous facilitera aussi la tâche à vous aussi !

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