SchyPi (prononcer comme Skippy le Grand Gourou) : le hat schyzophrène pour Rasperry Pi, destiné à faciliter la création de toutes sortes de projets. Sa particularité est d’être adapté à des applications de puissance ; on peut y mettre 4 relais dans différentes configurations pour les applications à basse fréquence, et pour la haute fréquence dispose d’un pont H et de deux sorties indépendantes qui acceptent soit des transistors NPN ou PNP, soit des MOSFETS N ou P (tout est séparé galvaniquement) ; il dispose en sus de 4 entrées optocouplées, de headers pour les ports I²C et SPI, ainsi que de borniers à vis pour à peu près tout le reste et d’une interface d’adaption de niveau. Rien qu’avec les relais et les MOSFETS, SchyPi c’est du 5'971'968-en-1 ; en comptant qu’on peut mettre des transistors à la place des MOSFETS ou même utiliser les opto-coupleurs directement, c’est même du 4'353'564'672-en-1!

License

Tous droits réservés ; usage commercial exclu sauf autorisation écrite explicite et c’est valable autant pour les infos sur cette page que pour le PCB si vous l’achetez.

Features

• 4 entrées opto-couplées
• 4 sorties opto-couplées pour driver des MOSFETs ou transistors (type N ou P à choix)
• deux masses séparées pour une meilleure isolation et plus de stabilité ; elles peuvent être reliées en deux points avec des solder-jumper
• 4 relais (type SRD-05VDC-SL-C, SRD-09VDC-SL-C, SRD-12VDC-SL-C, SRD-24VDC-SL-C )
• emplacement pour un level shifter MAX3232 sur les GPIOs du port série MCU mini RS232 MAX3232 level to TTL Level shifter Serial port conversion board,
• zone de prototypage avec au centre 4 push-buttons illuminés TS5 Series Square 9.2x9.2mm With LED Momentary SPST PCB Mini Push Button Click Tact Switch
• headers pour I²C et SPI
• si on n’utilise qu’un seul switch illuminé, possibilité de brancher un écran tactile style 3.5 inch SPI TFTLCD
• PCB prévu initialement pour une fabrication mono-couche ; dans ce cas seuls quelques ponts à faire sur la couche bottom
• plein de trous un peu partout où il y a de la place pour faire une mini-zone de prototypage

Téléchargements

• schematic : le schéma électronique
• schyPi.py : ce bout de code contient la définition des pins et permet de tester l’électronique
• Un super article sur l’utilisation d’un pont H optocouplé
• Un article technique d’Analog Devices tout aussi excellent qui traite du design des demi-ponts

Options de configuration

/!\ ATTENTION /!\ Si on met les relais dessous (comme c’était prévu à la base) le marquage du PCB (NO/NC) est évidemment faux! Dans ce cas, les illustrations sont fausses aussi!

Relais SPDT individuels

Rien de particulier à faire (sauf braser - dans l’ordre - les résistances, les diodes de roue-libre, les transistors, les relais et enfin les borniers à vis).

Relais SPDT en série

Un relais pour enclencher, l’autre pour changer la direction (quand on a un actuateur avec deux contacts « conflictuels » qui ne doivent pas être activés en même temps au risque de brûler le machin)

NC-NO

Court-circuiter 2 et 3 sur JP9 ou JP10

NC-NC

Court-circuiter 1 et 2 sur JP9 ou JP10

Relais SPDT tête-bêche

Par exemple pour commander un moteur DC avec un pont H (basse fréquence).

NO-NO

Court-circuiter JP11 ou JP13.

NC-NC

Court-circuiter JP12 ou JP14.

NO-NC

Faire un pont entre J3(1) et J4(3) ou iJ12(1) et J13(3).

MOSFETs

En configuration standard, un pont H (QN0 à QN3) et deux MOSFETs (QN4, QN5) indépendants. Les paires du pont H peuvent être désolidarisés en coupant le pont entre 2 et 3 et en court-circuitant 1 et 2 sur HB0 et HB1, puis en coupant les ponts JP7 et JP4 (dans ce cas, les gates de QN3 et QN4 ne sont plus alimentés ; on peut bien sûr choisir d’utiliser QN4 en lieu et place de Q*0 et Q*1, et/ou QN5 en lieu et place de Q*2 et Q*3. Comme il y a ici 186'624 possibilités dfférentes de montage (certes, certaines ne font pas vraiment sens), on vous épargnera les dessins et vous laisserai raisonner ce sera plus simple.

En configuration standard, trois N-MOSFETs et trois P-MOSFETs à orienter comme ci-dessus, formant un pont H (QN0 à QN3) et deux MOSFETs (QN4, QP5) indépendants. Fermer les deux pont marqués en trait épais entre (géographiquement!) le MOSFET et les diodes de protection DPx. Pour utiliser un N-MOSFET au lieu d’un P et réciproquement, fermer les ponts marqués en trait fin (sur le silkscreen) et inverser la polarité des diodes de protection DPx et de roue-libre DFx. Bug dans la version 2021-21: en rouge, les solder-jumper à couper et inverser pour le que le pont H soit libre au démarrage de la Pi.

Fermer les ponts

La première étape consiste à fermer les ponts comme ci-dessous.

Installer les résistances

Il faut ensuite installer les résistances pull-up et pull-down en sortie de l’optocoupleur, ainsi que celles pour limiter le courant à l’entrée de celui-ci. Pensez à péter JP4 et JP7 si vous préférez utiliser les canaux séparément (pas en pont H). Il est intelligent d’installer les borniers maintenant si on décide de les mettre dessous et les MOSFETs sur le dessus ; en effet, ceux-là vont gêner pour braser ceux-ci. Si l’on n’a pas besoin de l’HDMI (ou avec une Pi Zero), on peut utiliser un seul bornier au centre.

C’est également un bon moment pour installer les DPx et DFx, qu’il est conseillé d’installer sur la face bottom si l’on a choisi l’option des bouttons illuminés : les MOSFETS peuvent interférer avec la plaque frontale pour autant que l’on en mette une. J’ai rencontré quelques problèmes avec les DPx ; comme elles sont optionelles, je les ai tout simplement retirées le temps de tirer ça au clair.

MOSFETs

Avat d’installer les les MOSFETs, c’est une bonne idée de tester s’il y a des court-circuits entre leurs pins 1-2, 1-3 et 2-3. Vérifiez aussi que les solderjumpers ne sont pas en court-jus. C’est malin de plugger la Pi et de tester si on a bien le sigal attendu sur les gates.

Installez maintenant les MOSFETs ; si on les couche, j’ai trouvé qu’il était bien de plier les pattes à 45° en deux endroits (à la base où la patte se retrécit et presque au bout).

C’est fait. Branchez un moteur DC et testez, sans oublier de ponter JP1 et JP2 au cas où on se satisfait d’une seule masse (ce qui n’est pas conseillé : tirez au moins deux masses depuis l’alim avec de la ferrite et pourquoi pas quelques capas).

Améliorations prévues sur les versions ultérieures

1. corriger les bugs de la v2021-02
2. permettre d’alimenter les relais avec autre chose que le 5V de la board..
3. agrandir les trous des pins des DPx et DFx, idem pour ceux des bridges vers MOSFETs et ceux des divers pads GND/+12V
4. emplacement convertisseur DC-DC? out 5V@2-4A min ; par exemple UQQ-5/17-Q12PB-C (très cher et un courant de malade)
5. supprimer R1, R2, R3, R4, R5, R8, R10, R11, R20, R21, R22, R51, R52, R53, R56 (il est possible de setter des pullups ou pulldowns en soft)
6. dual-footprint lorsque c’est possible (SMD/through-hole)
7. désolidariser le MAX3232 du 5V, mettre un solder-jumper
8. utiliser des solderjumpers qui n’ont pas besoin d’être coupés mais brasés pour chaque cas? Votre avis nous intéresse!
9. Utiliser un MAX3232 d’usine au lieu de cet espèce de board un peu chelou? Votre avis nous intéresse!
10. pas de soldermask sur les pistes de puissance des relais et des MOSFETs, de sorte à pouvoir les renforcer avec de la brasure
11. doubles solderjumpers entre les plans de masse de sorte à augmenter la tension d’isolation
12. agrandir le plan de masse au maximum sur la couche bottom
13. étuder la possibilité de solderjumpers pour plus de dynamisme, en particulier sur GP0, GP1, H0 et H1
14. JP1 sous J1, c’est pas terrible ; le déplacer
15. sur JP1, la proximité de 3V3 et du 12V n’est pas terrible non plus ; essayer de déplacer le 3V3 de l’autre côté, vers la masse qui correspond
16. bornier dédié pour l’alim de la partie puissance ; agrandir les trous supplémentaires sur la partie puissance
17. numéroter les relais et les MOSFETs sur la couche cuivre
18. améliorer la nomenclature? ce serait bien de le faire rapidement mais c’est chiant…
19. protection contre l’inversion de la polarité LED PwrOK

Bugs

v2021-02

1. si on met les relais sur la couche dessus (comme c’est prévu..) le marquage du PCB (NO/NC) est évidemment faux!
2. les résistances R29, R30 et R31 pour limiter le courant des LEDs des switchs sont absentes ; il manque aussi les pistes correspondantes
3. Le silkscren du PCB 2021-02 mentionne un MAX232 au lieu d’un MAX3232
4. les solder-jumpers JPNO0, JPNO1 sont mal orientés (par défaut en “normally closed”)
5. sur J1, H0 en lieu et place de GP0
6. DF5 et DP5 ont la polarité inversée

INABIAF

1. les trous des pins de charge des relais sont assez petits pour qu’il suffise de bien les presser pour ça tienne super bien. Du coup, pas besoin de souder!

Divers

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