Générateur de courant programmable

[Poseidon88]

Bonjour à tous,

J'ai comme projet depuis quelques temps, de réaliser un générateur de courant programmable pour tester des LED comme j'en utilise énormément et de toutes sortes, surtout pour faire des essais.

Les caractéristiques seraient :

- Courant Min = 1 mA
- Courant Max = 3A
- Tension min = 2V (pour une LED standard)
- Tension Max = 40V (pour LED 36V)

L'idéal serait de pouvoir régler le courant par paliers pour e pas compliquer la chose :

- 1mA à 10mA (par palier de 1mA)
- de 10mA à 100 mA par palier de 5 mA
- de 100mA à 3A par palier de 50 mA

Je pensais utiliser un régulateur à découpage commandé par un potar numérique. Le tout géré par un µC. J'ai fais plusieurs essais mais les résultats ne me conviennent pas car je n'arrive pas à garder une linéarité convenable sur l'échelle. Gros manque de précision ect. Du coup j'in abandonné mais bon j'ai besoin de ce genre d'appareil et j'ai vraiment envie de le fabriquer.

Donc je repars de 0 avec vous, si vous avez des conseils et des pistes.
Niveau budget je ne cherche pas à faire au moins cher possible, juste quelque chose qui fonctionne bien.

Merci
-----

[louloute/Qc]

Je vois au départ un problème : toute alim à découpage finit par un condensateur ; comme tu veux pouvoir grimper à 40V, ce condensateur va, à vide se charger à 40V.

Au moment où tu vas brancher à la LED de test, quel que soit le courant programmé, le condo va se vider et la LED va faire un bref éclair…

Il me semble que tu ne peux pas éviter une régulation analogique au final (collecteur / drain) d’un transistor.

[Poseidon88]

Effectivement, mes test étaient fait avec une charge donc le condo était déchargé tout de suite.
Le soucis c'est qu'en analogique, si je consomme 3A sous 3,4V (LED de puissance) il va falloir dissiper les 37V * 3A et là ca va chauffer très fort !

[Tropique]

Le problème n'est pas terriblement compliqué: le générateur de courant doit être analogique, mais alimenté par un régulateur esclave à découpage qui s'arrange pour conserver une marge de fonctionnement correcte, par exemple 3V.
Au niveau du controle, un convertisseur D/A qui donne la référence au générateur analogique, avec en plus 3 ou 4 bits pour changer de gamme, en commutant la résistance de référence idéalement: elle ne pourra de toutes manières pas raisonnablement rester identique pour une gamme de 1mA à 3A si on veut conserver une précision et une dissipation acceptable.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Poseidon88]

Merci Tropique.

Donc je fais une alim à découpage qui fournie une tension à mon géné de courant analogique, avec une marge de 3V environ c'est bien ca ? Mais alors, comment mon alim à découpage va savoir ce qu'elle doit donner ?

Prenons un exemple :

J'ai mon appareil devant moi, je le règle sur 100 mA. Je viens brancher une LED qui a comme Vf 3.4V ---> elle s'allume !
Cette LED je la débranche pour mettre 5 LED identiques en série ( 5 x 3.4 = 17V ) donc du coup mon géné devra me fournir les 100 mA mais cette fois ci sous 17V donc mon alim à découpage devra automatiquement s'adapter et se régler à environ 20V.

[Tropique]

Merci Tropique.

Donc je fais une alim à découpage qui fournie une tension à mon géné de courant analogique, avec une marge de 3V environ c'est bien ca ? Mais alors, comment mon alim à découpage va savoir ce qu'elle doit donner ?

Il suffit que l'entrée de consigne du régulateur à découpage soit connecté à la sortie analogique (avec un facteur d'échelle adéquat), + l'offset que l'on souhaite: 3V par exemple.
Si la tension de la LED est plus élevée que la tension courante, le générateur analogique qui réagit instantanément fait monter sa tension de sortie, le régulateur digital détecte l'augmentation et suit en conséquence. Un exemple de prérégulateur est donné ici: http://forums.futura-sciences.com/pr...ml#post3285965
Un autre exemple ici, peut-être plus proche de ce que tu pourrais implémenter, puisque la mesure se fait directement sur l'élément ballast (via D14), qui pourrait travailler en régulateur de courant

[Poseidon88]

Super ! Cela revient à faire une boucle d'asservissement avec en retour un coeff de + 3 pour tromper la consigne.
Par contre je ne comprends pas vraiment ton schéma... La charge c'est R7 ??? Et en bas à droite c'est un géné de courant ?

[Tropique]

Super ! Cela revient à faire une boucle d'asservissement avec en retour un coeff de + 3 pour tromper la consigne.
Par contre je ne comprends pas vraiment ton schéma... La charge c'est R7 ???

Euh... de quel schéma tu parles? Ca fait quand même deux ou trois ans que je les ai faits, et avec ma mémoire en forme de chaussette trouée, je ne sais plus où chercher R7 sans tout éplucher (ni vraiment comment ça fonctionne dans les détails, mais avec un petit effort, ça devrait revenir)

[DAUDET78]

Par contre je ne comprends pas vraiment ton schéma...

Confidence pour confidence .... moi non plus !
Par contre, si c'est un outil de test de DEL , le rendement, on s'en moque . Perso, je prend une bonne alim de labo limitée en courant et en tension ... et basta !

[Tropique]

Perso, je prend une bonne alim de labo limitée en courant et en tension ... et basta !

Ce n'est pas aussi simple, et je comprends tout à fait le besoin: une alim de labo "normale" réglée sur 30 ou 50V, peu importe: son maximum, va flinguer toutes les LEDs qu'on lui présente, même si sa limitation est réglée sur 5.000mA. Le condensateur de découplage de sortie va s'en charger. Même celle que j'ai présentée en projets a 1µF, ce qui est déjà bien trop dans la plupart des cas, et rares sont les alims commerciales ou amateurs qui ont moins de 10µF.
Il faut en plus que la limitation réagisse à la µs, ce qui est généralement loin d'être le cas. Pour mon usage perso, j'ai une alim de 35V 10A qui peut être réglée au mA et qui n'endommage pas les LEDs ou les zeners même réglée au max de tension, et qui n'a comme découplage de sortie qu'un 10nF amorti par un 47ohm mais c'est un tour de force que je ne m'amuserais pas à reproduire.
Sinon, j'ai également construit un instrument spécifique, très proche de ce que Poseidon souhaite, mais valable également pour les zeners, les varistances, etc ayant des tensions et courants programmables jusqu'à 1000V et 25mA. J'ai décrit une version très allégée (pour des raisons de sécurité notamment) de ce montage, c'est Zen-it: http://forums.futura-sciences.com/pr...13-zen-it.html
La version complète emploie un régulateur à découpage et un régulateur linéaire fonctionnant en tandem, ce qui permet d'avoir à la fois la compliance, la rapidité et le rendement.
Si on se limite aux basses tensions, le problème est fortement simplifié, et c'est très simple et agréable de laisser le circuit trouver la bonne tension lui-même, sans avoir à chaque fois à se remettre en stand-by et redémarrer en circuit pour ne pas "choquer" la diode testée

[DAUDET78]

Ce n'est pas aussi simple, et je comprends tout à fait le besoin: une alim de labo "normale" réglée sur 30 ou 50V, peu importe: son maximum, va flinguer toutes les LEDs qu'on lui présente, même si sa limitation est réglée sur 5.000mA. Le condensateur de découplage de sortie va s'en charger.

Pour régler avec précision le courant de sortie, je la met en court-circuit . Je règle. J'ouvre. La LED ne supporte aucune surintensité

[Tropique]

Pour tester ponctuellement deux ou trois LEDs, tout stratagème permettant de contourner les limitations du matériel est acceptable, par contre s'il faut en tester des dizaines ou des centaines à la chaine, la moindre contrainte de devoir suivre un mode opératoire, même très simple, devient vite fastidieuse:
-mise en sécurité de l'alim
-insertion du composant
-passage en test +mesure
-mise en sécurité
-enlèvement du composant et remplacement par le suivant, et ainsi de suite
Avec une alim ad hoc, on insére et on lit la ou les valeurs directement. Et en cas de faux contact, on ne risque pas de tuer la diode testée.

[Poseidon88]

Tu as le lien vers la version complète de ton ZEN-IT ?

Effectivement, il me faut un appareil adapté spécifiquement aux LEDs. En plus de je dois m'en servir pour voir l'intensité lumineuse de chaque type de LED à différentes intensités et certaines varient énormément à quelques milliampères près !
Aussi, je vais inclure un voltmètre de précisons qui va m'afficher la valeur de la tension Vf en fonction du courant, pour relever des courbes.

Là où je coince c'est de gérer le régulateur de courant...

[Tropique]

Tu as le lien vers la version complète de ton ZEN-IT ?

Non, et en plus il est limité à 25mA (parce qu'il est capable de délivrer 1000V, ce qui fait quand même 25W). C'est un outil généraliste, qui peut tester des LEDs courantes dans des conditions normales, des zeners, transils éclateurs à gaz ou varistances, mais pas des diodes LED ou lasers de forte puissance.

Effectivement, il me faut un appareil adapté spécifiquement aux LEDs. En plus de je dois m'en servir pour voir l'intensité lumineuse de chaque type de LED à différentes intensités et certaines varient énormément à quelques milliampères près !
Aussi, je vais inclure un voltmètre de précisons qui va m'afficher la valeur de la tension Vf en fonction du courant, pour relever des courbes.

Là où je coince c'est de gérer le régulateur de courant...

Ce n'est pas terriblement compliqué: il faut d'abord choisir un régulateur de courant, qui sera logiquement un AOP attaquant un MOS, et ensuite mettre devant une alimentation en tension s'adaptant automatiquement. Le seul contact avec le µC sera le générateur de courant qui en recevra sa consigne, l'alim PWM en tension se débrouillera à partir de la tension de déchet du régulateur en courant.
Propose un circuit, même rudimentaire, et on élaborera à partir de là. Je ne vais pas juste faire le boulot à ta place, parce que ce n'est pas l'esprit du forum, et que ça ne te servirait pas à grand chose.
Et je suis persuadé que tu préfères comprendre en détails le comment du pourquoi, pour pouvoir te débrouiller seul les fois suivantes.
Je me rends compte que lorsqu'on aborde ce type de problème pour la première fois, cela peut sembler insurmontablement compliqué, surtout que les exemples que j'ai montrés ne sont pas didactiques du tout, ils sont juste férocement minimalistes et fonctionnels, et moi-même quand je les regarde avec un peu de recul, en n'étant plus dans le feu de l'action, j'ai tendance à avoir un peu la migraine. Ceci dit, ils fonctionnent parfaitement, sont en usage quasi-quotidien, et peuvent être (re)compris moyennant un peu de méthode et de détermination. Il ne faut jamais se décourager, avancer méthodiquement, saucissonner les problèmes en morceaux gérables, et on arrive au bout de pratiquement n'importe quelle difficulté. Réfléchis, digères tout ça et viens avec une proposition pratique, on verra comment ça se passe.

[Poseidon88]

Propose un circuit, même rudimentaire, et on élaborera à partir de là. Je ne vais pas juste faire le boulot à ta place, parce que ce n'est pas l'esprit du forum, et que ça ne te servirait pas à grand chose.
Et je suis persuadé que tu préfères comprendre en détails le comment du pourquoi, pour pouvoir te débrouiller seul les fois suivantes.

C'est éxactement ce que je comptais faire, et j'aime pas qu'on fasse le boulot à ma place car sinon, non seulement je ne comprends rien, et je n'ai pas la satisfaction d'avoir réaliser, ou participer à quelque chose.
Je vais donc creuser tout ca et proposer un schéma d'ici ce week end.

[Poseidon88]

Bonsoir à tous,

Voici un début de schéma que je propose pour ce générateur.
Je n'ai pas encore branché l'entrée FEEDBACK du LT1074 parce que je ne vois pas du tout comment gérer ca, avec les 3V de marge par rapport à la sortie du géné de courant...

Idem pour l'Op du géné de courant, j'ai mis comme ref de tension un banal LM336-5 que l'on peut faire varier avec le potar pour faire varier le courant de sortie. Maintenant comment gérer tout ca numériquement ?

Je rappel que j'avais utilisé un potar numérique commandé via µC pour mes premiers essais. Aussi il faut prévoir le changement de calibre... ce que j'avais fait sur mon proto : 5 relais qui commutent 5 résistances de puissance en fonction du calibre choisie via un bouton + et -. Pour augmenter ou diminuer le courant, j'avais géré ca avec un codeur rotatif et validation par un appuis sur celui ci.

[Tropique]

Bonsoir à tous,

Voici un début de schéma que je propose pour ce générateur.
Je n'ai pas encore branché l'entrée FEEDBACK du LT1074 parce que je ne vois pas du tout comment gérer ca, avec les 3V de marge par rapport à la sortie du géné de courant...

Il y a plusieurs possibilités. Si on veut faire les choses simplement, on ne va pas exactement mettre une marge de 3V en permanence: on peut se contenter de mesurer la sortie du géné, sur le drain de Q1 et asservir la tension au pire des cas. Avec ton exemple, ce serait 5V sur R2, et par exemple 2V pour permettre à Q1 de réguler, soit 7V au total.
Tu mettrais donc un diviseur de 4.8K/2.2K vers l'entrée FB.
Pour les courants plus faibles que le maximum, la marge de régulation augmenterait, mais ce n'est pas très grave, puisque la puissance dissipée diminuerait également.
Si tu veux faire les choses plus précisément, tu peux ajouter un AOP en soustracteur qui mesure vraiment la tension D-S de Q1, et la répercuterait telle quelle sur le FB: on aurait alors 2.2V de marge en permanence.
D'autre part, il faut que le réseau de mesure ne perturbe pas le courant généré, donc c'est peut être une bonne idée d'employer un AOP de toutes façons, avec des résistances consommant moins de 1/100ème du courant minimal géré

Idem pour l'Op du géné de courant, j'ai mis comme ref de tension un banal LM336-5 que l'on peut faire varier avec le potar pour faire varier le courant de sortie. Maintenant comment gérer tout ca numériquement ?

Une sortie de convertisseur D/A, si la réf interne est bonne, ou un convertisseur externe avec sa propre référence si on veut mieux

Je rappel que j'avais utilisé un potar numérique commandé via µC pour mes premiers essais.

Comparé à un convertisseur classique, la résolution d'un pot numérique est faiblarde.

Aussi il faut prévoir le changement de calibre... ce que j'avais fait sur mon proto : 5 relais qui commutent 5 résistances de puissance en fonction du calibre choisie via un bouton + et -. Pour augmenter ou diminuer le courant, j'avais géré ca avec un codeur rotatif et validation par un appuis sur celui ci.

Même avec une haute résolution, une commutation de gamme reste préférable, mais il y a des solutions plus light que les relais: par exemple multiplier les ensembles Q1 R2, et mettre en service le bon via des switchs analogiques sur l'entrée - de IC2 et sa sortie

[Poseidon88]

C'est vrai ca, je me demande pourquoi je suis partis sur un potar numérique au lieu d'un DAC... du coup si mes souvenirs sont bons, les meilleurs sont les sigma-delta et j'ai trouvé le AD421 qu'on peut justement voir ici en générateur de courant programmable : http://www.google.fr/imgres?um=1&sa=...1&tx=107&ty=46

Je vais suivre ton conseil et faire une cellule Q1 R2 par calibre et via un switch analogique, commuter le bon. Mais est ce qu'avec un switch analogique je ne vais pas perdre un peu en signal ? Des relais miniatures ne seraient-ils pas préférables ?

Sinon, étant donné que j'ai besoin de 4 calibres, je pense prendre un 4066, j'ai pas trouvé de démultiplexeur analogique (à part le 74hc139 mais qui n'est pas analogique).

[Tropique]

C'est vrai ca, je me demande pourquoi je suis partis sur un potar numérique au lieu d'un DAC... du coup si mes souvenirs sont bons, les meilleurs sont les sigma-delta et j'ai trouvé le AD421 qu'on peut justement voir ici en générateur de courant programmable : http://www.google.fr/imgres?um=1&sa=...1&tx=107&ty=46

16 bits, c'est peut-être un peu luxueux pour ce que tu veux en faire, mais qui peut le plus peut le moins, et si ce n'est pas cher...

Je vais suivre ton conseil et faire une cellule Q1 R2 par calibre et via un switch analogique, commuter le bon. Mais est ce qu'avec un switch analogique je ne vais pas perdre un peu en signal ? Des relais miniatures ne seraient-ils pas préférables ?

Ni les gates ni l'entrée de l'AOP ne consomment, il n'y aura donc aucune perte. Pour les gates non-sélectionnés, il faudra quand même quelque chose pour définir l'état, mais ça peut être une simple résistance de 100K qui n'aura aucune influence (en plus elle est dans la boucle de CR)

Sinon, étant donné que j'ai besoin de 4 calibres, je pense prendre un 4066, j'ai pas trouvé de démultiplexeur analogique (à part le 74hc139 mais qui n'est pas analogique).

Le CD4052 par exemple; existe également en 74HC

[Poseidon88]

OK pour le 4052.

Pour le CNA je AD421 me plait bien car dans la datasheet il est utilisé en tant que générateur de courant programmable.

Le lien : http://docs-europe.electrocomponents...6b807006c9.pdf

Bon il coûte 12€ mais il reste très précis sur la pleine échelle, oui 16 bits c'est énorme mais comme tu le dis, qui peut le plus peut le moins !

[Poseidon88]

Figure 18 en bas de la page 12.

[Tropique]

OK pour le 4052.

Pour le CNA je AD421 me plait bien car dans la datasheet il est utilisé en tant que générateur de courant programmable.

C'est un transmetteur 4/20: 4mA pour 00000000 en entrée, et 20mA pour 111111111. Je suppose qu'en bricolant, il y aurait moyen de le faire travailler en convertisseur normal, mais cela semble beaucoup de complications pour rien

[Poseidon88]

Effectivement si il faut commencer à magouiller autant passer à un circuit qui fait bien le boulot ! Du coup en cherchant sur RS j'ai trouvé ce circuit : AD7303 avec sa datasheet visible ici :https://courses.cit.cornell.edu/ee476/SPI/AD7303.pdf

Celui là est à usage général apparemment et non limité à faire du 4-20. Tu en penses quoi ? En plus c'est une liaison SPI que je gère pas trop mal,j'ai écris mes propres routines et à force elles sont assez performantes.

[paulfjujo]

bonsoir,

Si un DAC 5 bits est suffisant, prendre alors un PIC18F26K22 ou autre.. certains nouveaux PIC16F ont aussi un DAC 5bits
32 echelons ?.
Le DAC AD421 est une bete de course dédiée à l'instrumentation 4-20mA qui en plus peut dialoguer en protocole HART.

[Tropique]

Effectivement si il faut commencer à magouiller autant passer à un circuit qui fait bien le boulot ! Du coup en cherchant sur RS j'ai trouvé ce circuit : AD7303 avec sa datasheet visible ici :https://courses.cit.cornell.edu/ee476/SPI/AD7303.pdf

Il est utilisable, mais je pense que tu tombes dans l'excès inverse: 8 bits, pas de référence embarquée (et deux canaux, pour quoi faire?). Sauf évidemment si tu veux manipuler la référence pour faire des choses en plus

[Poseidon88]

Cette fois ci le seul qui ressort c'est le AD766 avec sa datasheet ici : http://docs-europe.electrocomponents...6b80780014.pdf

Il intègre sa ref de tension, si il y'a un autre CI sans ref interne, j'en ai acheté il y'a quelques temps, je ne me souviens plus de la ref je te dirais ca demain. Une ref ultra précise en boitier DIP 08 de chez AD ou MAXIM.

Sinon, si ce CI ne convient pas je ne sais pas comment chercher... je dois mal m'y prendre mais j'ai l'impression qu'il n'y a pas grand choix en fait, sinon faut taper dans les CNA audio ...

[Poseidon88]

bonsoir,

Si un DAC 5 bits est suffisant, prendre alors un PIC18F26K22 ou autre.. certains nouveaux PIC16F ont aussi un DAC 5bits
32 echelons ?.
Le DAC AD421 est une bete de course dédiée à l'instrumentation 4-20mA qui en plus peut dialoguer en protocole HART.

Merci pour ton aide, le gros soucis qui se pose c'est que... je ne jure que par ATMEL ! Bon c'est plutôt parce que je possède tout le matos soft et hard pour programmer les ATMEL.

[indri]

A tout hasard, j'ai un bout de code qui commande un mcp4901 pour un atmega88 si ca t'interesse! (en C)

[Tropique]

A tout hasard, j'ai un bout de code qui commande un mcp4901 pour un atmega88 si ca t'interesse! (en C)

Oui, ça convient, comme beaucoup d'autres d'ailleurs: ici un exemple en 12 bits avec référence on-chip qui coute environ 6$ l'unité:
http://cds.linear.com/docs/en/datasheet/1257fc.pdf
Il y en a des milliers d'autres

[Poseidon88]

INDRI : merci c'est sympa de proposer mais je pense m'en sortir assez facilement pour piloter ce circuit. Le seul CI qui se pilote en SPI qui m'a résisté c'est le AD7715 qui fonctionnait qu'une seule fois.
Pourtant j'en ai piloté un sacré paquet des CI en SPI...

TROPIQUE : le MCP4901 fait 8 bits, le 4921 fait 12 bits mais au vue des caractéristiques, le LTC1257 est meilleur en linéarité et en erreur ( 9€ HT chez RS ). Je vais partir sur celui là. Je refais un schéma en intégrant tout ca.