Convertisseur de puissance d'un générateur de courant vers un générateur de tension.

[jlcms]

Bonjour,

Je suis en train de développer un capteur dit ICP ou IEPE.
Dans ce genre de capteur le même fil sert à alimenter le capteur et à véhiculer le signal.
La source d'alimentation du capteur est un générateur de courant de 4mA, et la tension maximum que peut suivre le générateur de courant est de l'ordre de 28V.
Le signal utile du capteur est séparé de l'alimentation par une liaison capacitive (cf. définition).

Je souhaite développer une électronique coté capteur permettant de faire du traitement de signal analogique, à base de quelques amplis OP alimentés par une tension positive d'environ 3 à 5V.

Avez-vous une idée pour réaliser une convertisseur (probablement à découpage) permettant de convertir cette source de courant en source de tension?

Merci pour vos idées ou liens.
-----

[DAUDET78]

Je ne pense pas que tu n'as pas bien pigé le principe du truc :

• Le capteur est alimenté par un générateur de courant de stabilité quelconque entre 2 et 20 mA
• Le capteur est alors vu comme une source de tension de résistance interne comprise entre 100 et 300 ohms et d'amplitude 12V

La solution :

• Donc tu fais un générateur de courant de 4mA capable de supporter une résistance de charge de 0 à 7500 ohms (il faut disposer d'une alimentation de l'ordre de 40V DC pour le faire)
  
• Tu branches la sortie du capteur sur un ampliOP capable de suivre une excursion de 12V en entrée

Le truc à découpage, c'est peut être pour fabriquer le 40V DC .... bien que ce ne soit pas conseillé pour une question de bruit

[jlcms]

Non,
Tu n'as pas compris.
L'électronique du coté du conditionnement ne m'intéresse pas dans ce post.
C'est l'électronique du coté du capteur qui m'intéresse.

Et je cherche à alimenter des amplis op du coté du capteur alors que je ne reçois qu'un courant constant.

Si je veux disposer d'un courant plus important que 4mA pour alimenter mes amplis OP une conversion à découpage s'impose.
Mais comment?

[DAUDET78]

Je viens de relire ta question ....
C'est coté capteur que tu travailles ?
Donc, tu disposes d'une tension d'alimentation d'environ 25V DC pour alimenter tes ampliOP et tu dois consommer moins de 2 mA

[A voir en vidéo sur Futura]

[jlcms]

Merci, je sais que je dispose de 25V/4mA.
Mais je veux disposer de 5V/20mA.
Je cherche à définir un convertisseur qui fera cette opération.
Et si je n'avais pas besoin de plus de 4mA, j'aurais simplement mis une zener de 5V et le tour était joué.
Là j'ai besoin de toute la puissance (25V*4mA = 100mW).

[Qristoff]

Salut,
de toute façon, toute conversion prendra son pourcentage sur la puissance, ça s'appelle le rendement, tu ne pourras donc pas récupérer 100% de la puissance d'entrée.
Les bons petits convertisseurs step down peuvent approcher 85 à 90% http://docs-europe.electrocomponents...6b80e32254.pdf

[jlcms]

Admettons que j'ai 28V/4mA, et que je veuille produire 5V/20mA.
Sinon ce n'est pas chez TI que l'on trouve les meilleurs rendements, linear est déjà un cran au dessus.

[Tropique]

Admettons que j'ai 28V/4mA, et que je veuille produire 5V/20mA.

C'est limite possible, mais à condition de n'employer l'équipement hôte que comme alimentation, sans possibilité d'envoyer une modulation.

[jlcms]

En fait j'imaginais un système qui se comportait comme une charge constante en courant et en tension.
Ceci avec une commutation, un coup on commute sur la charge un coup on commute sur un "convertisseur", avec un rapport cyclique variable.
La fréquence de commutation étant placée au dessus de la bande passante utile du capteur.
Il est bien sûr nécessaire de transmettre une modulation depuis le capteur vers l'équipement hôte.

Bon, si Tropique cale, je ne vois pas trop qui va pouvoir m'aider.
Il va vraiment falloir que je réfléchisse...

[DAUDET78]

Je serais curieux de démonter un de leur capteur !
C'est un sacré chalenge. Ce qui me gêne dans le convertisseur, c'est le bruit. Et comment mettre ça dans un si p'tit truc ?

[jlcms]

En général dans ces capteurs l'amplification est faite par des FET.
Et en général encore, la pré-amplification et la polarisation consomme moins que le courant d'alim donc tout est plus simple.

[Qristoff]

Il est bien sûr nécessaire de transmettre une modulation depuis le capteur vers l'équipement hôte.

et tu peux superposer une modulation AC au courant 4mA continue ?

[Tropique]

En fait j'imaginais un système qui se comportait comme une charge constante en courant et en tension.
Ceci avec une commutation, un coup on commute sur la charge un coup on commute sur un "convertisseur", avec un rapport cyclique variable.
La fréquence de commutation étant placée au dessus de la bande passante utile du capteur.

Cette partie là ne pose aucun problème particulièrement difficile.

Il est bien sûr nécessaire de transmettre une modulation depuis le capteur vers l'équipement hôte..

Là, il va y avoir des soucis avec la première loi de la thermodynamique.
Dès qu'on va mettre une modulation, le produit I*V de la source va descendre sous la puissance de 100mW absorbée par l'électronique.
Donc, même si le convertisseur parvient à recycler l'entièreté du courant, il manquera quelque chose.
Et il ne sera pas possible d'avoir une excursion positive non plus, puisqu'on va dépasser le maximum de tension permis par le standard.
Conclusion: il faut que cela reste à 28V, ni plus ni moins, et par conséquent, pas de modulation possible.

[jlcms]

Voici un exemple de chaîne de transmission IEPE

L'offset dans le câble est lié à la valeur de la résistance R3.
La modulation provient de la source V1 et est ressortie sur "out".

[DAUDET78]

Voilà un schéma (une ébauche !) qui ne doit pas être idiot ...
L'ampli de sortie à un gain -R1/R2

[jlcms]

Voilà un schéma (une ébauche !) qui ne doit pas être idiot ...

Pas idiot du tout.
Ce qui est intéressant dans le montage proposé c'est la résistance de 690ohms qui permet l'excursion en tension de la sortie sur le câble, tout en conservant une régulation de tension (la zener) derrière.
Je vais passer sur le schéma un petit coup de simul.
ça ne résout pas tout mais c'est intéressant.

[DAUDET78]

ça ne résout pas tout mais c'est intéressant.

A mon avis, ça résoud beaucoup de chose avec un ampliOP rail to rail , faible consommation et avec quelques milliampères de sortance

Il faut jouer sur la tension de la Zener (qui limite l'amplitude de sortie) et sur la résistance de 690 pour tenir de 2 à 20 mA

PS: j'ai fais les calculs avec ma boule de cristal

[jlcms]

A mon avis, ça résoud beaucoup de chose avec un ampliOP rail to rail

Quand je disais que cela ne résolvait pas tout, je faisais essentiellement allusion à la conversion de 28V/4mA vers 5V/20mA.

Pour l'instant je n'ai que 4mA à me mettre sous la dent coté capteur.

En tout cas merci pour l'intérêt porté.

[DAUDET78]

Mais pourquoi donc tu veux du 5V 20mA ???

[jlcms]

Parce que mon capteur physique avant le traitement dans la partie capteur, consomme 10mA: donc plus que les 4mA dispo.

[Tropique]

On peut tricher autant qu'on veut avec les rapports tension/courant, et même s'arranger pour convertir en puissance utile la quasi-totalité du produit I*V, mais ce qui est impossible, c'est de dépasser ce produit sans source d'énergie auxiliaire.

[DAUDET78]

Parce que mon capteur physique avant le traitement dans la partie capteur, consomme 10mA:

Cette demande n'apparait pas dans la question de départ .... mais dans la réponse #5 ..... too late!

donc plus que les 4mA dispo.

D'après la norme IEPE, tu ne disposes que de 2 mA (4mA c'est du typique et 20mA du max)

Si tu veux être conforme à la norme, c'est mission impossible. Et même avec 4mA ........

[jlcms]

On peut tricher autant qu'on veut avec les rapports tension/courant, et même s'arranger pour convertir en puissance utile la quasi-totalité du produit I*V, mais ce qui est impossible, c'est de dépasser ce produit sans source d'énergie auxiliaire.

Heu???
Si à la source on a 28V*4mA = 112mW, on peut peut-être arriver à faire 5V*20mA= 100mW.
On respecte bien 112mW>100mW, non?
J'ai pas trop compris le sens de ta remarque?

[DAUDET78]

C'est quoi ce capteur qui consomme 5V 20mA ?

[jlcms]

Cette demande n'apparait pas dans la question de départ .... mais dans la réponse #5 ..... too late!D'après la norme IEPE, tu ne disposes que de 2 mA (4mA c'est du typique et 20mA du max)

Si tu veux être conforme à la norme, c'est mission impossible. Et même avec 4mA ........

Non j'ai 4mA.
Car en fait ce n'est pas sur une norme que je vais brancher mon capteur mais sur un appareil de mesure qui délivre 4mA jusqu'à 28V.
4mA c'est ni du typique, ni la limite de la norme, c'est ce que j'ai pour de vrai.

Bon alors on peut revenir à la question de départ.
Savez vous faire un convertisseur 28V/4mA vers 5V/20mA?

[jlcms]

C'est quoi ce capteur qui consomme 5V 20mA ?

Il consomme 10mA.
Si c'est pour m'expliquer que je devrais mettre un capteur qui consomme moins, j'en ai déjà trouvé un, merci.

Par contre je suis incapable de passer d'un générateur de courant à un générateur de tension, et ça je veux savoir faire.

[Tropique]

Bon alors on peut revenir à la question de départ.
Savez vous faire un convertisseur 28V/4mA vers 5V/20mA?

Oui..... mais si c'est 27V/4mA, ce sera presque complètement impossible, et en dessous, ce le sera absolument.
Ce qui élimine la possibilité de modulation.
Même avec un stockage temporaire (supercondensateur), ce ne serait pas possible, parce que l'excursion positive est limitée, et ne peut pas, en moyenne compenser l'excursion négative.

Avant de s'attaquer à la plomberie de comment le faire, il faut régler le (menu) problème du bilan d'énergie.

[DAUDET78]

Il consomme 10mA.
Si c'est pour m'expliquer que je devrais mettre un capteur qui consomme moins, j'en ai déjà trouvé un, merci.

Donc si je comprend bien , c'est du top secret confidentiel défense ? OK

[jlcms]

Oui..... mais si c'est 27V/4mA, ce sera presque complètement impossible, et en dessous, ce le sera absolument.
Ce qui élimine la possibilité de modulation.
Même avec un stockage temporaire (supercondensateur), ce ne serait pas possible, parce que l'excursion positive est limitée, et ne peut pas, en moyenne compenser l'excursion négative.

Avant de s'attaquer à la plomberie de comment le faire, il faut régler le (menu) problème du bilan d'énergie.

Bon d'accord,
Mon besoin est de disposer de 10mA pour le capteur physique.
Ensuite d'avoir un peu de puissance pour les ampli op de conditionnement .
La tension utile au niveau du capteur est de environ 5V
Les modulations ne feront que 1v au max.

Si tu préfère un bilan plus large disons que je souhaite passer de:
28V/4mA vers 5v/15mA.

Je n'avais, bien entendu, pas l'intention de fabriqué de l’énergie à partir de rien, ni l'intention d'utiliser le mouvement perpétuel.

J'ai donc 4mA comment en fournir 15mA?

[Qristoff]

Salut,
et l'idée du step down ne te conviens pas ? c'est jouable puisque ta marge de rendement augmente au fil des posts....