Diviseur de rapport cyclique à composants discrets ?

[Z80_Man]

Bonjour,

Je souhaiterais trouver une solution simple capable de diviser par deux un rapport cyclique ; en fait, un peu comme un diviseur de fréquence, mais asymétrique, en quelque sorte !

L'idée est de bouffer un signal positif sur deux, au lieu de diviser chaque "alternance" comme le ferait un diviseur classique.

La source du signal d'entrée n'est pas modifiable.

L'amplitude maximale est d'environs 12 V. Le signal d'origine est vraisemblablement carré ou peu s'en faut (il va vraiment falloir que j'y colle un oscillo, en fait).

Le montage doit pouvoir délivrer environs 500 mA.

Il doit être réalisé en composants classiques (transistors, résistances, condensateurs, diodes) à cause d'en environnement trop agressif pour des circuits intégrés. L'usage de composants numériques (bascules, etc. est hors de question du fait notamment du courant nécessaire).

Je n'ai pas encore mesuré la plage de fréquence, mais c'est pour de l'éclairage (d'intensité assez faible), donc sans doute guère plus d'une centaines de hertz.

J'ai bien trouvé le principe de base des diviseurs de fréquence autrefois employés dans les synthétiseurs analogiques, dont voici le schéma, et dont tant le domaine de tension que les composants employés tomberaient pile-poil dans ce que je recherche :



(Source : http://www.sonelec-musique.com/elect...frequence.html)

Ce qu'il y a, c'est que j'ai du mal à bien analyser son fonctionnement ; cela dit, je me doute un peu qu'en virant une moitié du montage, il y aurait sans doute moyen d'atteindre mon but, mais quelle moitié ?

En pratique, finalement, un retardateur qui retiendrait la montée du signal assez longtemps pour qu'elle intervienne au moment où le second flanc montant se produit ferait exactement mon affaire... Ne connaissant pas la fréquence utilisée, existe-t-il un moyen de calculer les composants nécessaires en fonction de celle-ci ? Bon, c'est une question de période, c'est sûr, mais je ne connais pas non plus le rapport cyclique actuel (sans doute assez élevé, toutefois, et probablement variable dans une faible plage pour s'adapter aux fluctuations de la tension d'alimentation).

Toute suggestion est la bienvenue, svp.

Je n'ai rien pu trouver sur le net... Tout le monde traite le problème en agissant sur la source (pas possible ici), ou par programmation (totalement hors sujet en l'occurrence).
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[DAUDET78]

Un diviseur par deux (fait en circuit intégré, avec des transistors, avec des lampes etc etc) divise par deux ...... et sort un signal 50/50 quel que soit le rapport cyclique d'entrée.

[mgduc]

C'est cool se servir d'un oscillateur pour divisé une oscillation, j'en apprendrais toujours

[Tropique]

Il faut un monostable (non redéclenchable) ayant une période un peu plus grande que la fréquence d'entrée, qui gate celle-ci

[A voir en vidéo sur Futura]

[DAUDET78]

Un simple diviseur par deux ....... qui gate la fréquence d'entrée. mais je ne vois pas l’intérêt de la manip ! Si ton signal d'entrée varie de 1 à 99% en rapport cyclique, ton signal de sortie variera de 0,5 à 49,5% ....

Bref , problème mal posé avec solution bâtarde.

[gienas]

Bonjour Z80_Man et tout le groupe

... Il doit être réalisé en composants classiques (transistors, résistances, condensateurs, diodes) à cause d'en environnement trop agressif pour des circuits intégrés. L'usage de composants numériques (bascules, etc. est hors de question du fait notamment du courant nécessaire) ...

J'ai de multiples contestations à opposer à tes idées reçues, qui te font prendre de mauvaises décisions, même si ne connaissons pas tes véritables motivaotions.

1- il n'y a pas de "différence" en matière de tenue entre des composants discrets et des intégrés, j'aurais même tendance à privilégier certains "mlllepattes".

2- ce ne sont jamais les circuits de contrôle (appelons les drivers) qui délivrent au final le courant de sortie.

3- ce n'est pas la source actuelle qui va être "divisée", mais une autre que tu te dois de recréer de A à Z.

4- de ce fait, comme tu souhaites atténuer ton signal de sortie, tu dois pouvoir, avec le même rapport cyclique, organiser l'étage de puissance, pour une autre gamme de courant.

Je dois sûrement encore en oublier, aussi, pour éviter de t'imposer des contraintes inutiles voire impossibles, mieux vaudrait exposer ton vrai problème avec tous les détails permettant de trancher.


Édit: à une minute près, grillé par DAUDET78 qui semble-t-il se (et te) poser les mêmes questions.

[Z80_Man]

Il faut un monostable (non redéclenchable) ayant une période un peu plus grande que la fréquence d'entrée, qui gate celle-ci

Oui, je pense que tu as parfaitement saisi l'esprit... Est-ce que c'est réalisable en composants classiques ?

Le but est si possible de sortir un courant suffisant de l'étage de sortie pour alimenter une poignée de LED, plutôt que d'alourdir encore le circuit par un étage de sortie supplémentaire.

Un simple diviseur par deux .......

Si on divise la fréquence par deux, la partie du signal à 0 V aura la même durée que celle à +12V, et donc on n'aura pas modifié le rapport cyclique, et par conséquent, l'éclairement sera strictement le même, sauf que ça clignotera sans doute désagréablement du fait d'une fréquence trop faible.

Je le répète, l'intensité de l'éclairage est régulé par PWM (parce que faire varier la tension d'alimentation d'une LED est imprécis, et elle s'éteint dès qu'on descend au dessous d'un certain seuil), et le but est simplement de l'atténuer en laissant passer la phase positive une fois sur deux au lieu de à chaque fois, tandis que la phase du signal au potentiel de la masse conservera la même fréquence.

Si c'était si évident, je n'aurais pas requis d'aide !

En clair, je souhaite transformer ça : _|¯|_|¯|_|¯|_|¯|_|¯|_|¯ en ça : ___|¯|___|¯|___|¯|___|¯

Alors qu'un diviseur de fréquence transformerait ça : _|¯|_|¯|_|¯|_|¯|_|¯|_|¯ en ça : ___|¯¯|___|¯¯|___|¯¯, ce qui n'a rien à voir ! ^^

Sur cet exemple, le rapport cyclique passe de 50% à 1/4, soit au total une baisse de luminosité de 50% des LED, ce qui correspond au but recherché. Le signal de départ ne sera pas altéré pour pouvoir être commuté au choix (pleine intensité / demi intensité)..

Donc, quelqu'un a-t- une idée, svp ?

qui gate la fréquence d'entrée. mais je ne vois pas l’intérêt de la manip ! Si ton signal d'entrée varie de 1 à 99% en rapport cyclique, ton signal de sortie variera de 0,5 à 49,5% ....

Absolument. C'est très exactement ce que je veux.

Bref , problème mal posé avec solution bâtarde.

Le problème est parfaitement posé (d'ailleurs, ta phrase précédente le prouve, puisque tu as compris ce que je cherche à obtenir), mais personne, toi inclus, n'a proposé de solution pour le moment, donc je ne saisis pas quel est l'objet de cette insulte.

J'ai de multiples contestations à opposer à tes idées reçues, qui te font prendre de mauvaises décisions, même si ne connaissons pas tes véritables motivaotions.

Voyons voir ça. ^^

1- il n'y a pas de "différence" en matière de tenue entre des composants discrets et des intégrés, j'aurais même tendance à privilégier certains "mlllepattes".

Si, des problèmes potentiels de dérive en température du fait de l'environnement de travail, mais c'est vrai que la précision demandée n'est pas critique ici (au contraire d'autres projets devant fonctionner dans le même milieu). Plus des problèmes d'humidité, etc. Le montage définitif pourrait cela dit être enchâssé dans de la résine.

Il y aussi un problème d'approvisionnement du fait de ma situation géographique. Acheter des circuits intégrés signifie en moyenne deux mois d'attente, parce que je ne peux pas me constituer des stocks de tout à l'avance. Mais ça peut rester envisageable s'il n'y a pas d'autre solution.

En pratique, s'il existe une solution toute simple à composants classiques, elle sera privilégiée. La précision du signal de sortie n'est pas à ce point critique non plus. Si on arrive à un résultat même approximatif (par exemple, un signal présentant des flancs de montée et de chute de forme parabolique à cause des temps de charge et de décharge d'un condensateur, ça n'aura aucune espèce d'importance.

D'autre part, la miniaturisation n'est pas une exigence.

2- ce ne sont jamais les circuits de contrôle (appelons les drivers) qui délivrent au final le courant de sortie

Eh bien, je souhaite pourtant réaliser un driver capable de délivrer directement en sortie une intensité suffisante pour alimenter l'éclairage auquel le signal d'entée est destiné. Ta réfutation ne vaut que pour les circuits intégrés. C'est bien pourquoi j'ai précisé "pas de circuits intégrés"...

C'est l'essence même du challenge, et le but est de le relever, pas de le contourner par de la réthorique.

3- ce n'est pas la source actuelle qui va être "divisée", mais une autre que tu te dois de recréer de A à Z.

J'y ai réfléchi, mais justement, non. Je pourrais commuter la tension d'alimentation continue, par exemple, et c'est même ce qui est prévu par simplicité pour l'intensité secondaire de l'éclairage (et aussi pour avoir l'intensité plein pot).

En fait, elle serait assez peu différente de celle délivrée par le signal d'entrée. Justement, je souhaite obtenir une intensité lumineuse qui doit être très visiblement plus faible, or une diminution de la tension n'est pas viable pour des LED : il y aurait des différence de luminosité de l'une à l'autre en s'approchant de leur tension de seuil, c'est bien connu.

Cela dit, tu proposes une piste intéressante : utiliser mon propre oscillateur, puis l'amplifier avec un transistor, largement suffisant pour alimenter une pincée de LED. S'il n'y a pas d'autre solution, je la retiendrai. A noter que l'oscillateur pourrait être réalisé directement avec des composants discrets et des transistors (multivibrateur) de toutes façons.

Cependant, je trouve dommage de disposer d'une source déjà faiblement atténuée par PWM et de ne pas profiter du hachage existant, en l'altérant juste un peu au passage.

La solution à ce problème ne vous intéresse pas du tout ? Moi, oui.

4- de ce fait, comme tu souhaites atténuer ton signal de sortie, tu dois pouvoir, avec le même rapport cyclique, organiser l'étage de puissance, pour une autre gamme de courant.

Non, ce n'est pas envisageable pour des LED. Sinon, je me serais contenté d'un diviseur de tension.

Je dois sûrement encore en oublier, aussi, pour éviter de t'imposer des contraintes inutiles voire impossibles, mieux vaudrait exposer ton vrai problème avec tous les détails permettant de trancher.

C'est fait.

[Tropique]

Oui, je pense que tu as parfaitement saisi l'esprit... Est-ce que c'est réalisable en composants classiques ?

Oui, un monostable c'est deux transistors, et le MOS ou le Bjt de gating peut servir d'interrupteur de puissance. Pas de difficulté majeure.

[Z80_Man]

D'accord... Je te remercie pour la piste.

Cela dit, je me demande si en l'occurrence, un simple retardateur RC ne suffirait pas. Correctement câblé (avec une diode "à l'envers" en parallèle sur la résistance, par exemple) pour qu'il ralentisse le front montant et se décharge brutalement lors d'un flanc descendant, il pourrait produire une atténuation suffisante pour atteindre l'objectif.

Une solution dont la simplicité rejoindrait celle, absolument biblique, de celle que j'ai finalement trouvée à un autre problème.

Je pense que je vais analyser le signal à l'oscillo pour en savoir plus sur les fréquences mises en oeuvre, ce qui me permettra d'ajuster les valeurs des composants en conséquence.

Je ne dispose que d'un GBDSO, mais je pense que ça va suffire.

[DAUDET78]

En clair, je souhaite transformer ça : _|¯|_|¯|_|¯|_|¯|_|¯|_|¯ en ça : ___|¯|___|¯|___|¯|___|¯

Alors qu'un diviseur de fréquence transformerait ça : _|¯|_|¯|_|¯|_|¯|_|¯|_|¯ en ça : ___|¯¯|___|¯¯|___|¯¯, ce qui n'a rien à voir !

Ca a tellement à voir que c'est le montage que je donne juste après .....

Un simple diviseur par deux ....... qui gate la fréquence d'entrée.

[Z80_Man]

Euh... Certes... Enfin, juste une phrase, pas un montage. Je cherche en vain un lien ou un schéma en tout cas. Que signifie au juste "qui gate la fréquence d'entrée", stp ?

Sinon, je me disais qu'un retardateur RC réinitialisable, sans réellement répondre au problème théorique posé, pourrait le résoudre dans mon cas particulier, en transformant ce signal : _|¯|_|¯|_|¯|_|¯|_|¯|_|¯ en ce signal : _/|_/|_/|_/|_/|_/ (ou encore (en "zoomant" ^^), ce signal : __|¯¯|__|¯¯|__|¯¯|__|¯¯|__|¯¯| __|¯ en ce signal : __/¯|__/¯|__/¯|__/¯|__/¯|__/ selon le rapport entre la période du signal et la base de temps RC...)

Peut-être pas très élégant, mais probablement efficace !

[fabang]

Le RC ne fonctionne que si la fréquence et le rapport cyclique ne change jamais. Si c'est le cas, le signal d'entrée n'est pas un PWM.
Avec un courant de 500mA, le RC va être conséquent.
Si ton problème est de retirer la moitié de l'énergie du signal, sans s'approcher des tensions de seuil des diodes, la partie rampe du RC ne répond pas à l'exigence. Si le signal est bien du PWM de rapport cyclique variable, le RC ne répond pas non plus à l'exigence.
La solution de Daudet accepte toutes les fréquences et tous les rapports cycliques.

[Z80_Man]

Très bien, je comprends que le RC ne peut pas s'appliquer à un rapport PWM fortement variable, à cause de sa valeur fixe.

Cependant, la PWM utilisée ici ne varie quasiment pas ; il ne s'agit dans les faits que d'un hachage destiné à maintenir une luminosité fixe dans le cadre d'une alimentation électrique pouvant varier entre disons, 12 et 14 V maxi. Le rapport cyclique est plutôt élevé et varie peu - et dans les faits, il s'ajuste à la tension d'alimentation détectée par le dispositif et ne varie pas vraiment, car l'alimentation elle-même évolue peu, et de toute façons, uniquement dans le faible intervalle précité.

La consommation de 400-500 mA ne s'applique aux ampoules à incandescence pouvant être employées. En pratique, des LED devraient consommer beaucoup moins, et le courant qui traversera le montage dépendra uniquement d'elles (a priori, il s'agira de 16 LED SMD miniatures - 24 maxi selon le type utilisé - avec une résistance série de limitation de courant pour 2 ou 3 selon le modèle).

Quoi qu'il en soit, oui, l'idée est bien de retirer entre la moitié et disons 1/4 de l'énergie du signal. La différence de luminosité doit essentiellement être visible clairement.

Ce que je ne comprends toujours pas, en revanche, c'est en quoi la phrase "Un simple diviseur par deux ....... qui gate la fréquence d'entrée." constitue une solution concrète ?

Si je m'en tiens à "un simple diviseur", je vais allonger tant la phase de tension positive que la phase tension nulle, et donc transmettre la même énergie moyenne. Quant à la seconde partie de la phrase, "qui gate la fréquence d'entrée", je ne la comprends tout simplement pas.

Un peu d'aide, svp ?

[fabang]

Diviseur qui gate, ça veut dire que la sortie du diviseur, par exemple quand elle est à un laisse passer l'impulsion qui doit aller au lampe. C'est à dire précisément une impulsion sur deux, sans déformer en quoi que ce soit la largeur de l'impulsion.
Pour fair simple, une bascule D et une porte ET qui commande un transistor qui laisse ou pas passer l'impulsion.

[Tropique]

Une question qui va peut-être sembler choquante: pourquoi ne pas mettre une résistance série? Vu le contexte, cela semblerait régler tous les problèmes, au prix d'une dissipation de quelques watts, mais point de vue prix, fiabilité, robustesse c'est imbattable.

[Z80_Man]

Diviseur qui gate, ça veut dire que la sortie du diviseur, par exemple quand elle est à un laisse passer l'impulsion qui doit aller au lampe. C'est à dire précisément une impulsion sur deux, sans déformer en quoi que ce soit la largeur de l'impulsion.
Pour fair simple, une bascule D et une porte ET qui commande un transistor qui laisse ou pas passer l'impulsion.

Ah d'accord. Merci, j'ai saisi. Effectivement, on va diviser par deux la fréquence des phases positives. Mais il faudra en effet une commutation de puissance pour délivrer le courant nécessaire. Heureusement, pour des LED, il ne faut pas de grosses puissances. Reste à espérer que les commutations elles-mêmes ne fassent pas chauffer le transistor : question de fréquence, mais je pense qu'elle est assez basse, et le module de commande emploie certainement la même technique, puisqu'il ne comporte pas de relai.

Une question qui va peut-être sembler choquante: pourquoi ne pas mettre une résistance série? Vu le contexte, cela semblerait régler tous les problèmes, au prix d'une dissipation de quelques watts, mais point de vue prix, fiabilité, robustesse c'est imbattable.

Le problème des LED, c'est qu'elles ont une plage de fonctionnement assez étroite. On est obligé de limiter la tension délivrée par le générateur pour ramener la tension à leurs bornes à leur valeur nominale (entre 3,4 à 3,8 V selon les constructeurs pour des LED blanches, par exemple).

Les LED sont donc déjà protégées par une résistance série chargée de ramener la tension d'alimentation à la tension nominal de la diode. Une LED donne sa pleine luminosité tout en préservant sa durée de vie si on limite le courant qui la traverse à 20 mA, ce qui va donner une résistance série de l'ordre de 420 ohms pour une tension de service de 3.6 V par exemple, dont la plupart des ampoules à LED sont déjà pourvues d'origine.

Ajouter une résistance série dans ces condition peut très rapidement faire tomber la tension aux bornes des LED au dessous de leur tension de seuil et donc les empêcher de s'allumer, surtout si leur résistance de protection a été dimensionnée au plus juste.

D'autre part, il est difficile de produire des LED ayant des caractéristiques identiques. A pleine puissance ça se voit peu, mais lorsqu'on s'approche de la limite, certaines vont s'éteindre avant les autres, et leurs intensités seront très disparates.

C'est pour éviter ce phénomène que les éclairages variables à LED emploient une modulation PWM avec une amplitude égale à la tension de service des LED, plutôt que faire varier la valeur maximale de cette tension d'alimentation elle-même. On obtient ainsi un éclairage homogène, et on peut l'atténuer à l'extrême, alors qu'avec une résistance variable, les LED seraient déjà toutes éteintes depuis belle lurette !

Bon, en ce qui concerne mon problème précis, il ne s'agit que d'une régulation d'éclairage à incandescence alimentée par une batterie et un générateur dont la tension de sortie n'est pas régulée de manière assez précise pour éviter une fluctuation de quelques volts lorsqu'il est en service, de sorte que le constructeur a opté pour une régulation à PWM, ce qui lui permet en outre d'échanger les rôles en cas de défaillance d'une ampoule, en ajustant leur luminosité apparente à la volée. Il s'agit ici de remplacer certaines ampoules par des LED, et de disposer de deux niveaux d'éclairage pour ajouter une fonction supplémentaire. L'idée initiale est de mettre à profit la PWM pré-existante, voilà. ^^

[Tropique]

Le problème des LED, c'est qu'elles ont une plage de fonctionnement assez étroite. On est obligé de limiter la tension délivrée par le générateur pour ramener la tension à leurs bornes à leur valeur nominale (entre 3,4 à 3,8 V selon les constructeurs pour des LED blanches, par exemple).

Les LED sont donc déjà protégées par une résistance série chargée de ramener la tension d'alimentation à la tension nominal de la diode. Une LED donne sa pleine luminosité tout en préservant sa durée de vie si on limite le courant qui la traverse à 20 mA, ce qui va donner une résistance série de l'ordre de 420 ohms pour une tension de service de 3.6 V par exemple, dont la plupart des ampoules à LED sont déjà pourvues d'origine.

Ajouter une résistance série dans ces condition peut très rapidement faire tomber la tension aux bornes des LED au dessous de leur tension de seuil et donc les empêcher de s'allumer, surtout si leur résistance de protection a été dimensionnée au plus juste.

D'autre part, il est difficile de produire des LED ayant des caractéristiques identiques. A pleine puissance ça se voit peu, mais lorsqu'on s'approche de la limite, certaines vont s'éteindre avant les autres, et leurs intensités seront très disparates.

C'est pour éviter ce phénomène que les éclairages variables à LED emploient une modulation PWM avec une amplitude égale à la tension de service des LED, plutôt que faire varier la valeur maximale de cette tension d'alimentation elle-même. On obtient ainsi un éclairage homogène, et on peut l'atténuer à l'extrême, alors qu'avec une résistance variable, les LED seraient déjà toutes éteintes depuis belle lurette !

Bon, en ce qui concerne mon problème précis, il ne s'agit que d'une régulation d'éclairage à incandescence alimentée par une batterie et un générateur dont la tension de sortie n'est pas régulée de manière assez précise pour éviter une fluctuation de quelques volts lorsqu'il est en service, de sorte que le constructeur a opté pour une régulation à PWM, ce qui lui permet en outre d'échanger les rôles en cas de défaillance d'une ampoule, en ajustant leur luminosité apparente à la volée. Il s'agit ici de remplacer certaines ampoules par des LED, et de disposer de deux niveaux d'éclairage pour ajouter une fonction supplémentaire. L'idée initiale est de mettre à profit la PWM pré-existante, voilà. ^^

Houla! Il me semble que tu as besoin d'un cours urgent sur les LEDs. Ce n'est pas moi qui vais te le donner, il y a tout ce qu'il faut sur le net, mais voici les points prioritaires

-Les LEDs se commandent en courant, et ont une plage de fonctionnement dans ce mode qui se chiffre en décades

-Les LEDs ne sont pas protégées par une résistance, et celle ci ne ramène pas la tension à une certaine valeur. Le rôle de la résistance est de définir le courant de travail

-On peut atténuer la lumière de LEDs dans une plage extrême avec une simple résistance variable.
Si la résistance est commune à plusieurs LEDs, ce sera moins évident, mais chaque LED aura déjà sa résistance d'origine, et la variation fonctionnera tant qu'on reste dans un rapport de 1 à 10 au moins. Ici, tu en es à 1 à 2, donc aucun souci. Pour le PWM d'origine, cela ne change rien, il continue à fonctionner comme avant, juste réduit de x%.

-Les LEDs modernes se s'éteignent pas lorsqu'on passe sous un certain courant: tant qu'il y a du courant, il y a de la lumière.

En résumé, tu étais parti pour faire une usine à gaz en te basant sur des informations complètement fausses, tu as bien fait de venir poser la question

[fabang]

Si ton PWM à toujours le même rapport cyclique, fait un tronqueur d'impulsion à deux transistors dans ce genre là

http://cjoint.com/?CGhqWfTF8B4

Quand la tension aux bornes de la capa dépasse Vz les transistors conduisent, et tout s'arrête avec la disparition de l'impulsion.

[Z80_Man]

@Tropique > d'accord, je vais essayer une atténuation du courant fourni, comme tu l'avais proposé précédemment. Effectivement, inutile de se lancer dans une usine à gaz... En fait, je craignais que le courant imposé par les résistances série existantes ne permette pas une atténuation supplémentaire sans effets indésirables...

@Fabang > Intéressant ! Il s'agit donc de retarder l'apparition du front montant, valeurs des composants à ajuster en fonction de la largeur d'impulsion...

Ca me fait donc deux solutions utilisant des méthodes différentes...

Je vous remercie tous !