Source de courant PWM de 0 à 1.0[A] bon marché

[monnoliv]

Voici une source de courant commandée en tout ou rien, construite autour d'un vieux circuit intégré MC34063 (0.90 € chez RadioSpare-RSComponents) légèrement détourné de ses fonctions initiales. Le schéma est représenté à la figure suivante. Il s'agit d'un hacheur abaisseur dont la fréquence de hachage est déterminée par C1. Il n'y a pas de rétroaction de la tension de sortie, le circuit fonctionne toujours en limitation de courant. La résistance R1 détermine le courant envoyé dans la charge (ici une LED de puissance). Comme le MC34063 coupe le circuit dès que la tension entre ses bornes 6 et 7 atteint 330mV, le courant est donné par la formule 0.33/R1, soit ici 330mA. L'entrée de rétroaction (5) sert à la commande. Il suffit d'imposer une tension supérieure à 1.25[V] pour arrêter la source de courant et inversement, dès que la tension tombe en dessous de 1.25[V], la source démarre. Le circuit fonctionne donc en logique négative ce qui est très intéressant quand on veut la commander avec un microcontrôleur. La self de sortie L1 (0.60€ chez RadioSpare-RSComponents) fixe le taux d'ondulation. Il y a bien sûr une relation entre la valeur de L1 et la valeur de C1, on se reportera à la fiche technique du MC34063 ou mieux, on expérimentera différentes valeurs. C2 est un condensateur de découplage dont la valeur n'est pas critique mais dont la présence est indispensable. D1 est une diode Scottky (0.47€ chez RadioSpare-RSComponents) de roue libre. La charge est une LED de puissance, elle peut se trouver aussi loin que l'on veut du circuit (de même que la self L1).
Pour finir ce mini-projet, une photo en fonctionnement sur plaque d'essais.

Version: A
Date: 13/03/2006
Contribution: monnoliv


Remarque suite à mauvaise lecture du schéma:

Attention, la seconde image représente un schéma de principe qui ne doit pas être confondu avec le schéma d'implantation.
Pour l'implantation, la patte 1 du circuit est donc bien en haut à gauche, le circuit étant bien sur vu de dessus.
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[Antoane]

Bonjour,
J'ai réalisé cette alimentation -qui fonctionne très bien, merci monnoliv-, mais l'inconvénient est qu'elle ne permet pas de régler la valeur du courant alimentant la LED, à moins de n'utiliser un potentiomètre de puissance à la place de R1.

Voici donc un circuit permettant ce réglage, plus simplement.
Le MC34063 entre en limitation courant lorsque la tension entre les pin 6 et 7 atteint 330mV, comme l'a indiqué Monnoliv.
Le comparateur U2:A, voit sur son entrée inverseuse la tension aux bornes du schunt, tension image du courant traversant la led depuis l'alimentation. Sur l'entrée non-inverseuse, une tension de référence, fournie par RV1, entre 0 et 0.6V (selon la valeur de R1 et la tension de seuil de D3). Lorsque le courant traversant la led devient trop élevé, la sortie du comparateur bascule à l'état bas, ce qui fait entrer le MC34063 en limitation courant.

L'alimentation schématisée peut délivrer un courant constant entre 0 et 600mA environ. Pour cela, il faut donc que le potentiel de l'entrée + du comparateur varie entre 0 et 0,6V (schunt de 1ohm). Il faut de plus une tension de référence, fournie par D3 : c'est sa tension de seuil, 0,6V environ.
Pour augmenter le courant disponible en sortie, il suffira d'augmenter la tension de référence (avec une zener, ou plusieurs diodes en série), ou de diminuer la valeur du schunt.

Imaginons maintenant que l'on souhaite alimenter une led Luxeon de 1W.
Il faut générer un courant variant entre 0 et 330mA, le potentiel de l'entrée + du comparateur doit donc varier entre 0 et 0,33V. Pour ne pas dépasser cette valeur limite, on utilise une résistance talon, R1. U(R1) = V_f - U_max = 0,6-0,33=0,27 = R1*I(R1).
U(R1) + U(RV1) = 0,6V (loi des mailles)
Or I(R1)= 0,6/(R1 + RV1). On fixe RV1 = 5k, par exemple, et alors : R1=4k.

Note : Comme indiqué sur le schéma, le schunt doit être en dehors de la maille D1/L1/D2 pour ne pas être traversé par le courant "fourni" par L1 lorsqu'elle est en générateur.
L'indispensable condensateur de découplage (100nF, céramique), n'est pas représenté sur ce schéma.
5k pour RV1 est beaucoup : le courant traversant le pont diviseur est du coup très faible, trop peut-être.


La théorie, c'est quand on sais tout et que rien ne fonctionne, la pratique, c'est quand tout fonctionne, et que personne ne sais pourquoi. (Einstein).
J'ai fait ce circuit, et pour R1 = 4k7, je trouve que I varie entre 0 et 1,2A ; avec R=470k, I varie entre 0 et 400mA ! Si quelqu'un veut bien m'expliquer...

[Tropique]

Voici quelques hypothèses.
Avant tout, félicitations à Antoane, qui montre une remarquable précocité, et dont la compétence et la maturité pourraient inspirer pas mal de membres plus "seniors" de ce forum.

Il y a l'aspect réalisation physique du circuit qui va jouer un rôle important dans la précision: le compararteur doit détecter de faibles tensions autour de la masse, et si des courants passent p.ex. dans la connection entre le shunt et le pied de RV, ils vont causer un décalage en tension.
Même si la liaison est basse impédance et qu'il n'y passe aucun courant, il est possible qu'une tension soit induite dans la boucle shunt/entrées de comparateur/ RV1/masse.
Cette induction peut être causée par une piste avoisinante portant un courant élevé, ou par la self elle-même, si elle a un circuit magnétique totalement ou partiellement ouvert.
Il peut également y avoir des effets capacitifs, couplage entre un noeud portant une tension ayant un dv/dt élevé, et le curseur du potentiomètre, lorsqu'il n'est pas à la masse.
L'impédance d'entrée statique et dynamique du comparateur peut également causer des erreurs similaires.

Tous ces problèmes potentiels peuvent trouver une solution plus ou moins commune (qui ne dispense pas d'un cablage correct): le branchement d'un condensateur, à évaluer, mais typiquement de quelques nF, entre les entrées du comparateur. Il doit être suffisant pour avoir l'effet souhaité, mais pas élevé au point de retarder la détection de façon significative.

[Antoane]

Merci pour ta réponse.
J'ai refait le circuit en ajoutant 1,8nF entre les entrées du comparateur et en améliorant le câblage. J'ai aussi remplacé le potentiomètre de 5k par un autre de valeur 100 fois plus faible - ce que j'avais sous la main. Enfin, j'ai ajouté un condensateur de découplage de 10nF au niveau de l'entrée + du comparateur.
Un avantage : ça fonctionne.
Un inconvénient : la fonction "touche tactile", qui permettait de faire varier le courant en fonction de la position de la main au dessus du montage est désactivée

Petites notes supplémentaires :
Il est possible d'utiliser un AOP à la place d'un comparateur, à condition qu'il soit rail-to-rail ou, en tout cas, que la sortie puisse monter à Vcc-0,3V minimum. Pour utiliser un AOP plus "classique" (type LM358), il faut ajouter une interface afin que la sortie puisse monter aussi haut, par exemple en utilisant un transistor NPN monté en émetteur commun (qui fournie une sortie en collecteur ouvert) et une pull-up.

Merci encore à Tropique pour son aide.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Antoane]

Bonjour,
voici le schéma d'un circuit d'alimentation à courant constant de type Boost, sur le même principe (basé sur un MC34063a entrant en limitation courant lorsque la tension aux borne du schunt atteint 0.33V) que ceux proposés dans les post précédants.
Le premier est la version fixe, tandis que le second est variable.

J'ai câblé le régulateur fixe, sans réussir à le faire fonctionner : il n'y a aucune régulation, in en courant ni en tension.
Où est l'erreur ?
Merci.

[Tropique]

Il y a un certain nombre de chose à prendre en compte:

D'abord, il faut que la tension totale des LEDs soit plus basse que la tension d'alimentation en entrée, sinon le courant va passer directement par la self et la diode, sans que le régulateur intervienne.

Même si cette condition est remplie, la tension d'entrée va changer le courant moyen de sortie.
Ce qui est "régulé" (limité en fait), c'est le courant de crête chargé dans la self.
Si la tension d'entrée augmente, le temps nécéssaire pour atteindre le courant de déclenchement sera plus court, et comme le Toff reste identique, le rapport cyclique va augmenter (point de vue du courant de sortie).
En plus, il est possible que le Toff devienne trop court pour évacuer tout le courant de la self: le nouveau cycle va recommencer avec un Io>0, et le courant max sera atteint encore plus vite: on va se retrouver dans le cas précédent au bout de quelques cycles.
Si la tension des LEDs est diminuée, les effets seront similaires, excepté que le temps de charge de la self ne sera pas modifié.

[MofK]

Hello

Je reviens la dessus car j'aimerai réaliser le circuit en mode step-up comme antoane l'a fait, mais si même le schéma de la datasheet ne marche pas...

D'abord, il faut que la tension totale des LEDs soit plus basse que la tension d'alimentation en entrée

Ben non justement le but d'une alim boost c'est d'avoir la tension de sortie plus haute que la tension d'entrée non?

[Antoane]

Bonjour, merci pour tes explications, je vois pourquoi ça ne fonctionne pas.
Pourtant,

D'abord, il faut que la tension totale des LEDs soit plus basse que la tension d'alimentation en entrée,

Pour une step-up, avoue que c'est un comble !
"sinon le courant va passer directement par la self et la diode, sans que le régulateur intervienne." Je ne comprends pas ce que tu veux dire ?

Sinon, serait-il possible d'utiliser le MC34063a en régulateur (step-up ?) de tension de manière à imposer 1,25V sur un schunt, les led étant cablées en série avec la schottky (avant ou après, pas d'importance ?)
Merci.

PS : Mofk, quel schéma de datasheet ne fonctionne pas ? ils ont tous été testés !

[MofK]

PS : Mofk, quel schéma de datasheet ne fonctionne pas ? ils ont tous été testés !

C'est toi qui l'as dit:

J'ai câblé le régulateur fixe, sans réussir à le faire fonctionner : il n'y a aucune régulation, in en courant ni en tension.

Mais

je vois pourquoi ça ne fonctionne pas.

Donc finalement ça marche?

[Tropique]

Bonjour, merci pour tes explications, je vois pourquoi ça ne fonctionne pas.
Pourtant,

Pour une step-up, avoue que c'est un comble !
"sinon le courant va passer directement par la self et la diode, sans que le régulateur intervienne." Je ne comprends pas ce que tu veux dire ?

Je suis un peu dislexique parfois: j'ai voulu dire le contraire: il faut que la tension d'entrée reste inférieure à la tension des LEDs. Et il faut aussi que la self aie le temps de se décharger. Mais de toutes manières, même avec ces conditions remplies, les tensions d'entrée et de sortie continueront à influencer le courant (mais il n'y aura plus de saturation)

Sinon, serait-il possible d'utiliser le MC34063a en régulateur (step-up ?) de tension de manière à imposer 1,25V sur un schunt, les led étant cablées en série avec la schottky (avant ou après, pas d'importance ?)

Oui, certainement, c'est la façon logique de procéder. Le petit inconvénient, c'est que 1.25V représente une perte non-négligeable, mais encore tolérable.

[invite12de5372]

Antoane Merci pour les astuces,
J'aimerai appliquer ce circuit à une bobine (pour créer un champ magnétique constant). Je ne sais pas si l'inductance de la bobine poserait probleme au niveau du couple C1 et L1!!!

Merci de votre aide.

[Tropique]

Il faudrait savoir exactement ce que tu veux faire, quels sont les ordres de grandeur de la self, sa résistance, le courant qui devra la traverser, etc.

Ce régulateur est très grossier et très imprécis, il l'avantage d'avoir un rendement meilleur qu'un circuit linéaire, mais s'il faut un champ magnétique stable et bien continu, il ne conviendra pas.

[invite12de5372]

Merci tropique je pense que je vais me contenter d'un bon Darlington avec un AOP 6142 pour corriger le courant !
Merci a vous ... Ce site est génial.