conception de cartes electroniques

Conception de cartes

Electroniques

Module ES106, SPE3 mars. 2005

Jean-Yves CADOREL (PAST)

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de l’université d’OrléansÉcole polytechnique

JY CADOREL 2005

Conception d’un minuteur pour camions frigorifiques

Contraintes mécaniques et thermiques (encombrement, résistance au choc, gamme température, humidité…)

Respect des performances(choix convertisseurs, amplis, µcontrôleur, DSP, FPGA…)

Respect des coûts de fabrication(Le choix composant idéal peut être beaucoup trop cher!!!, attention aux quantités…)

Technologies mises en œuvre(Types de composants, type de circuits imprimés…)

Normes à respecter(CEM, basse tension, ATEX, Radio…)

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de l’université d’OrléansÉcole polytechnique

JY CADOREL 2005C. ALAYRAC, Conception de cartes

Etude et développement depuis la STB jusqu’au produit industriel

VALIDER la STB et le CdC*)!!!

Déterminer les contraintes dimensionnant le système(Consommation, autonomie, poids, performance, tenue en température…)

Diviser le système en sous blocs indépendants(boîtier, alimentation, affichage, module d’acquisition…)

*) STB: Spécification Technique de Besoin

CdC: Cahier des Charges

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de l’université d’OrléansÉcole polytechnique

JY CADOREL 2005

Conception d’un minuteur pour camions frigorifiques Synoptique fonctionnel

Alimentation

temporisation

Commande organe de puissance

Commutation puissance

IHM

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de l’université d’OrléansÉcole polytechnique

JY CADOREL 2005

Conception d’un minuteur pour camions frigorifiques Cahier des charges minimal

Alimentation sur batterie 12V à 48V,

Sur activation d’un entrée de type Tout Ou Rien, commuter la puissance pendant une durée de 30 à 90 secondes (réglable en usine)

Puissance commutée à la charge : 30W à 50W suivant tension batterie.

Prix de revient(carte équipée et testée) de 7€ unitaire par quantités de 100.

Autres : SDU……………………………….

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de l’université d’OrléansÉcole polytechnique

JY CADOREL 2005

Conception d’un minuteur pour camions frigorifiques Quelles solutions pour réaliser la fonction de temporisation ?

Temporisation ??

Sur activation d’un entrée de type Tout Ou Rien, commuter la puissance pendant une durée de 30 à 90 secondes (réglable en usine)

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de l’université d’OrléansÉcole polytechnique

JY CADOREL 2005

Conception d’un minuteur pour camions frigorifiques 2 types de solutions : temporisation analogique ou numérique.

Temporisation ??

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de l’université d’OrléansÉcole polytechnique

JY CADOREL 2005

Conception d’un minuteur pour camions frigorifiques Exemple de temporisation analogique : le 555 ( Timer apparu en 1971) l'équivalent de 20 transistors, 15 résistances, et 2 diodes.

multivibrateur monostable

t= 1.1x RC. R Potentiomètre 470 K + bouton

R1 Résistance 10 K

R2 Résistance 22 K

C Condensateur chimique 100 uF

C1 10 nF

D1 Diode 1N4007

T1 Transistor 2N2222

IC1 NE 555 + support DIP 8 broches

BP Bouton poussoir N.O.

Relais Relais bobine 6 à 12 Vcc selon alimentation

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JY CADOREL 2005

Conception d’un minuteur pour camions frigorifiques Exemple de temporisation numérique :

PIC10F

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de l’université d’OrléansÉcole polytechnique

JY CADOREL 2005

Conception d’un minuteur pour camions frigorifiques Quels critères pour faire le choix ?

Le prix

L’encombrement

La fiabilité

La pérennité

Les contraintes de mises en œuvre

etc..

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JY CADOREL 2005

Conception d’un minuteur pour camions frigorifiques

NE 555 PIC 10FLe prix 0.18$ 0.55$

gamme T°C -40C to +85C -40C to +85C

L’encombrement 8L SOIC NARROW SOT-23 6 broches

La fiabilité ??? ???

La pérennité Multi source depuis 30 ans … Mono source

La mise en oeuvre ajustement des valeurs de composants en fonction de la précision souhaitée (laser…)

Nécessité de programmer le composant (in situ)

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JY CADOREL 2005

Avantage NE 555 ?

Il faut tenir compte de tous les composants nécessaire à la temporisation !

Aucun pour le PIC (oscillateur interne)

Un circuit RC pour le NE555

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JY CADOREL 2005

NE555: sélection R et C

Pour 10 à 100s on est à la limite du raisonnable avec 1 seul 555.

R ~ 10 – 47 M

C ~ 47 – 100 µF

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JY CADOREL 2005

Les Différents types de résistances (Rappels)

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JY CADOREL 2005

Résistance fixe à Résistance fixe à couche carbonecouche carbone

Résistance Résistance fixe à couche fixe à couche métalliquemétallique

Résistances pour montage Résistances pour montage en surfaceen surface

Les résistances CMS représentent + de 70% des unités vendues

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JY CADOREL 2005

Les choix logiques

• Quels critères pour faire le choix ?

Résistances standard: CMS (en métal vitrifié)

Puissance : CMS jusqu’à 3W, à piquer au delà.

Précision : CMS (film métal ) 0.1% 25ppm/°C, et résistance bobinée à piquer pour la puissance

Mise au même potentiel : éviter les résistances CMS (tension de claquage dans l ’air 1KV/mm).

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JY CADOREL 2005

Paramètres constructeurs : exemple

fin de gamme 10M à …

Pour celles-ci le prix unitaire (par 100 chez farnell) ~0.4$ !!

Prix farnell pour résistances 0805~0.04$

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JY CADOREL 2005

Choix des condensateurs

• => céramiques ou tantales ( cf recueils de fiabilité)

• CONDENSATEUR céramique 47UF 6.3V CMS – 47UF 6.3V; Capacité:47µF; – Conforme RoHS:– Tension CC:6.3V dc; – ; Diélectrique:X5R; T

• CONDENSATEUR tantale prix : 0.4$ en 4v le double en 10V… – Capacité:47µF;– Conforme RoHS– Tension CC:4V;

0.8$

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Conception d’un minuteur pour camions frigorifiques

NE 555 PIC 10FCI 0.18$ 0.55$

R 0.4$ 0

C 0.8$ 0

Total ~1.4$ 0.55$

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Etage de commande de la puissance.

bipolaire sot23 MMUN2213LT1 Conforme RoHS Transistor

type:Small Signal Digital; Polarité transistor:NPN Tension, Vceo:50V Ptot:0.2W Courant, Ic (hfe):5mA Ic maxi permanent a:100mA; prix : 0;05$

Mosfet :

BSS138N -> 0.1$ Conforme RoHS Polarité transistor:Canal N

Tension Vds maxi:60V; Courant, Id cont.:0.23A; Courant, Idm impul.:0.92A;

Power, Pd:0.36W; Résistance, Rds on:3.5Ohm;

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JY CADOREL 2005

• RELAIS CI SPCO 6VCC; Conforme RoHS:AC; • Configuration contact:1RT; Tension, bobine CC, nom:6V; Courant, Commutation maxi:10A; • Tension, contact c.c. maxi:100V; Courant, contact, DC maxi:10A; • Puissance, bobine DC:360mW; Résistance, bobine:100Ohm; • Température de fonctionnement mini:-40°C

0,72 €

COMMUTATION PUISSANCE: Les RELAIS

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JY CADOREL 2005

MOSFET:Conforme RoHS:NON; Tension Vds maxi:60V; Courant, Id cont.:1.2A; courant, Idm impul.:4.8A; Power, Pd:0.8W; Rds on:0.3Ohm; boîtier: SOT-223;

BIPOLAIRE Conforme RoHS:NON Tension, Vceo:60V; Ptot:3W; hfe, mini:100; Vcbo:150V; Courant, Ic (hfe):2A;

COMMUTATION PUISSANCE: Transistors BIPOLAIRES et MOSFETS ~1$

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Et la fiabilité ?

- La connectique ?- Le temps de pose ?- Les normes ( RoHS ?)

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JY CADOREL 2005

• Description : BORNIER CI 3P;• Conforme RoHS:NON; • Nombre de pôles:3; • Nombre de voies:3; • Tension CA:250V; • Courant:13A; Taille de fil, mm2 maxi:1.5mm²;

Pas:5mm; Approbation:UL, CSA, SEV; Couleur:Gris Clair; Diamètre, broche:0.9mm; Diamètre, trou du circuit imprimé:1.3mm;

Description : CONTACT MALE PQ25; Conforme RoHS:AC; Taille de fil, mm2 mini:0.2mm²; Taille de fil, mm2 maxi:0.51mm²; Numéro AWG mini:24AWG; Numéro AWG maxi:20AWG; Courant, DC maxi:5A; Diamètre, câble, mini:0.5mm; Diamètre, câble, maxi:0.8mm; Approbation:UL94V-0; Inflammabilité:UL94V-0; Matière, contact:Cuivre au

cadmium; Revêtement, contact:Nickel plaqué or

0,25$

0,5$