Pwm-analogie

[sandrecarpe]

Bonsoir à tous,
J'aurais besoin de générer une tension 0-10V à partir du pwm d'un rasperry pi.
Pour cela, j'ai pensé au schéma suivant :


A la base je n'avais pas d'optocoupleur. Donc pour 3.3V j'ai calculé les valeurs des composants de telle sorte à avoir 10V en sortie mais en rajoutant l'optocoupleur je peux raisonner de la même façon seulement en rajoutant la diode zener 3.3V
Du coup est-ce que ma façon de faire reste correcte ? Et est-ce que les performances ne seront pas dégradées ?

Je précise que je ne sais pas encore quelle fréquence je vais donner à mon pwm, j'ai plutôt en réalité juste les formules prêtes à être appliquées

Merci de votre aide
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[jiherve]

Bonsoir
Qu'apporte donc l'opto dans ce montage?
JR

[sandrecarpe]

Bonsoir,
La commande 0-10V va me permettre de commander la luminosité d'un ballast électronique. L'opto c'est juste pour isoler mon rpi de tout soucis

[invite5637435c]

Bonjour,

je ne vois pas l'intérêt de ta zéner 3.3V ni de la 10V.
Que vaut Vcc?
Qu'est-ce que tu pilotes en sortie?

[A voir en vidéo sur Futura]

[sandrecarpe]

L'intérêt de la zener 3.3V c'est qu'à la base j'avais pas mis de protection avec l'opto, j'avais juste l'aop.
Donc pour 3.3V en entrée de l'aop, j'avais 10V en sortie du filtre, mais du coup j'ai décidé de rajouter l'opto, et j'ai plus un pwm 0-3.3V mais un pwm Vcc-0v
Et pour me ramener à ce que j'avais déjà calculé j'ai mis une zener 3.3V
Mais est-ce correcte et est-ce que les performances ne seront pas altérées ?
Je pense mettre Vcc = 12V, mais pas encore sûr
En espérant être plus clair

[Qristoff]

Bonjour,
Pourquoi ne pas utiliser directement un DAC, le résultat sera bien meilleur

[sandrecarpe]

Salut,
Le résultat sera peut-être meilleur mais j'ai pas besoin d'une précision extrême (et surtout j'en pas ). Un filtre bien calculé sera largement suffisant pour mon application

[sandrecarpe]

Donc en fait ce que je voulais juste savoir, c'est est-ce que ce schéma "convertisseur pwm 3.3v en 0-10V analogique" est correcte pour un pwm inférieur à 10kHz

[Antoane]

Bonjour,

plus ou moins :
- la zener 10V n'a pas sa place ici ;
- l'AOP devrait être câblé en ampli non-inverseur.

De plus, la tension de sortie est proportionnelle à la tension fournie par la zener de 3.3V. Or, cette tension est très instable : fonction du courant circulant dans le composant, de la température, etc. Donc ça va pas.
Il faudrait que tu t'arrange pour retirer cette zener.

Comment est alimenté l'AOP ?
Il serait de bon aloi d'indiquer la valeur des composants sur le schéma.

[sandrecarpe]

Bonjour, merci pour ta réponse
Voici le schéma avec ses valeurs :


Mon objectif est donc d'avoir un passe bas pour lequel j'ai 10v en sortie quand le rapport cyclique est est de 100% en entrée.
Donc il faut cabler l'aop en non inverseur en effet
C'est juste un aop câble en ampli non inverseur avec un condensateur entre l'entrée - et la sortie ?

L'aop serait alimenté en 12-0V

Pourquoi la zener 10V n'aurait pas sa place ? C'est seulement au cas où la tension de sortie dépasserait on ne sait pourquoi 10V

Sur le schéma j'ai mis une fréquence de coupure 10x inférieure à la fréquence du pwm.
Bon du coup toute manière il faut que je refasse les calculs mais ici pour 3920Hz en entrée, je n'avais pas un gain de 1

[Antoane]

Pourquoi la zener 10V n'aurait pas sa place ? C'est seulement au cas où la tension de sortie dépasserait on ne sait pourquoi 10V

Elle est inutile : si tu calcules bien ton circuit, il n'y a aucune raison que la tension de sortie dépasse 10V.
La zener n'est pas parfaite, elle commence à conduire avant 10V et la tension à ses bornes sera de plus de 10V lorsque qq dizaines de mA la traverseront.
Si la tension de sortie de l'AOP dépasse la tension de seuil, la sortie de l'AOP se retrouvera court-circuitée ; il n'y aura plus grand chose pour limiter le courant dans la zener (la limitation interene à l'AOP), l'AOP et/ou la zener ne vont pas apprécier.

[sandrecarpe]

Ah d'accord !
Sinon je cherche toujours à câbler mon aop en non inverseur je retrouve pas la fonction de transfert :/

[Antoane]

Sinon je cherche toujours à câbler mon aop en non inverseur je retrouve pas la fonction de transfert :/

Ca te fait du bien. Tu galèrera moins la prochaine fois

Google sera ton dernier recours.

[sandrecarpe]

Non en fait c'est bon c'est juste que je pensais pas que c'était un filtre passe bas passif en série avec un suiveur
À la place de la zener je peux mettre un pont diviseur ?

[Antoane]

Non en fait c'est bon c'est juste que je pensais pas que c'était un filtre passe bas passif en série avec un suiveur

C'est possible.

À la place de la zener je peux mettre un pont diviseur ?

C'est possible.

Attention aux adaptations d'impédance : si tu fais circuler un courant sur le point milieu d'un pont diviseur de tension, la formule "classique" ne s'applique plus.

[sandrecarpe]

Bonsoir à tous,
J'essaie de faire les calculs mais un problème se pose.
J'ai Vce=3.3V quand l'opto est bloqué, c'est à dire quand j'ai un pwm de 100% (j'ai oublié de mettre le pont diviseur pour avoir le 3.3V mais c'est pas grave pour les calculs pour l'instant) et il me faut alors 10V en sortie du filtre.
Sauf que quand le pwm est de 100%, oméga tend vers 0, est donc mon gain devient (R4+R5)/R4
Donc c'est pas grave j'isole R5 (l'inconnu restante)
Mais quand le pwm est inférieur à 100%,la fréquence du signal est bien de f_e =3920Hz et donc le gain est constant mais et je ne vois pas en quoi la tension de sortie varie en fonction du rapport cyclique
Donc comment dois-je procéder ? Pouvez-vous m'aider ?


R3 est en ohm, je suis fatigué

[invite5637435c]

Je vois que tu galères.

Voici le principe:

tu génères un PWM ayant une fréquence donnée, par exemple 4kHz.

Ensuite il te faut choisir la valeur de l'ondulation max.
Pour cela on considère 1 LSB du PWM sur 8 bits (ça peut être 10 bits ça dépend de ce que tu prendras) soit 12V/1024=11.7mV

Le facteur d'atténuation est donc:

A(dB)=20 Log(0.0117/12)=-60.2dB

Si tu fais un filtre du 1er ordre, soit une cellule passe bas RC, tu auras une bande passante à -3db:

B(-3dB)=F*10^[-(-60,2/-20)]=3.90Hz

Tu fixes C à par exemple 10µF et tu obtiens R=1/(2.pi.B(-3dB).C)=4071 Ohms => 3,9K

Le mieux est donc de cascader 2 cellules RC identiques => filtre du second ordre

Ca donne en refaisant les calculs:

B(-3dB)=4000*10^[-(-60,2)/(-40)]=125Hz

On recalcule R et C:

cette fois on va prendre C=1µF

=> R=1/(2.pi.B(-3dB).C)=1273 Ohms => 1,2K

Tu mets en cascade ces 2 cellules et tu entres sur la patte + de ton AOP, tu relies la patte - sur la sortie, tu obtiens un suiveur de tension.
Tu alimentes cet AOP entre 12V et GND, sans oublier de découpler l'alim avec un 100nF.

En sortie de cet AOP tu auras une tension continue image de la valeur de ton rapport cyclique variable x, de fréquence fixe 4kHz.

[invite5637435c]

Mon avis est qu'il vaut mieux te passer d'un pont diviseur en sortie.
Comme tu alimentes en 12V, le mieux est de bloquer ton rapport cyclique à une valeur limite de manière à ne jamais pouvoir dépasser 10V en sortie d'AOP.

Bonne nuit.

[sandrecarpe]

Ah bah j'ai jamais fait ce genre de calcul... Je le trouve où ou comment le LSB ?

[invite5637435c]

Le LSB est le quantum de ton ADC, l'équivalent du plus petit poids binaire, je te l'ai donné il vaut V/2^(nombre de bit), donc si tu as un ADC 8 bit ça fait LSB=Vcc/1024, avec 12V ça fait 11.7mV

[Antoane]

Bonjour,

une coquille :

Le LSB est le quantum de ton ADC, l'équivalent du plus petit poids binaire, je te l'ai donné il vaut V/2^(nombre de bit), donc si tu as un ADC 8 bit ça fait LSB=Vcc/1024, avec 12V ça fait 11.7mV

8 bit -> 256
10 bit -> 1024

[invite5637435c]

En effet! trop l'habitude du 10 bits...

[sandrecarpe]

Mais quel adc ? J'ai pas d'adc, j'utilise une gpio de rpi en pwm, d'où ma question. Mais j'utilise la librairie wiringPi qui me permet me semble t-il de choisir une certaine résolution du pwm

[invite5637435c]

ADC ou rapport cyclique, peu importe, tu as une conversion sur 8 bit qui opère.
Ton rapport cyclique il se fait tout seul?
Va falloir faire un effort.

[sandrecarpe]

ADC ou rapport cyclique, peu importe, tu as une conversion sur 8 bit qui opère.
Ton rapport cyclique il se fait tout seul?
Va falloir faire un effort.

Je viens pas ici parce que je n'ai pas suivis mon cours ou parce que j'ai des exos à faire. Je n'ai pas eu de cours à ce propos. Tout ce que je fais est pour mon propre plaisir, et si je poste quelque chose c'est toujours dans l'optique d'en apprendre plus. Et cette fois encore. Comme je viens de le dire je n'ai pas eu de cours sur ce sujet plutôt précis. En revanche, je sais étudier des filtres ainsi que les aop et ça tombe bien le schéma est composé que de ça, c'est pourquoi j'ai mis en équation ce que je savais mais maintenant je vois que ça ne résout pas mon problème et je fais alors appel à vous.
J'aimerai qu'on m'indique le cheminement à effectuer pour arriver à dresser ces équations et si possible à l'aide de ce que je sais faire, et si ça ne vous dérange pas de me donner des explications ou de me renvoyer vers un cours. Je sais ce qu'est un LSB mais je voyais seulement pas le rapport avec ici. Je sais aussi ce qu'est une ondulation résiduelle
Merci

[Antoane]

Bonjour,

La sortie filtrée va sur un truc dont on ne sait pas grand chose (un gradateur de luminaire), c'est lui qui nous dirait quelle est l'amplitude max acceptable pour les ondulations. Si l'entrée de ce gradateur était un ADC de n bits, on s'arrangerait par exemple pour que l'ondulation soit d'amplitude inférieure à 10/2^n volts pour que l'ADC croit recevoir une tension continue.

Tu peux aussi filtrer en fonction de la résolution du PWM, de manière à ce que les bandes de tensions correspondant à chaque valeur de rapport cycliques ne se chevauchent pas ; cela me semble cependant d'un intérêt limité.

[sandrecarpe]

Salut,
Voici la doc du ballast électronique :
https://www.google.fr/url?sa=t&sourc...LYAK0UFu0x_MoQ

Le miens porte la référence mod 6.136-dm. C'est page 24.
Je n'y ai trouvé aucun renseignement sur la façon dont le signal est traité, s'il s'agit d'une entrée purement analogique ou s'il y a un DAC à l'entrée, mais pourquoi il y en aurait un ?
J'ai essayé mainte et mainte calcule pour arriver à mes fins mais rien n'y fait, je ne comprends pas ta façon de faire HULK28 et je n'arrive pas à trouver une relation qui me ferait apparaître cette ondulation résiduelle. Cependant j'ai bien compris le principe. Plus la constante de temps RC est grande et plus le signal est lisse en revanche le circuit met plus de temps à répondre. Ou alors il faut choisir un ordre plus élevé. Et il faut choisir une fréquence de coupure au moins 10 fois inférieur à la fréquence du pwm.

Voici une partie de ce que j'ai fait, mais je suis pas sûr d'avoir exactement compris. Pour moi, j'ai calculé la fréquence de coupure du filtre pour que le signal de pulsation oméga soit atténué de 1000.

Et si c'est juste, comment dois-je faire pour ensuite calculer le taux d'ondulation ?
Merci

[invite5637435c]

Je n'y ai trouvé aucun renseignement sur la façon dont le signal est traité, s'il s'agit d'une entrée purement analogique ou s'il y a un DAC à l'entrée, mais pourquoi il y en aurait un ?

Non pas de DAC, juste une entrée de variation 1-10V pour 1-100% (c'est ce que dit la doc)

J'ai essayé mainte et mainte calcule pour arriver à mes fins mais rien n'y fait, je ne comprends pas ta façon de faire HULK28 et je n'arrive pas à trouver une relation qui me ferait apparaître cette ondulation résiduelle. Cependant j'ai bien compris le principe. Plus la constante de temps RC est grande et plus le signal est lisse en revanche le circuit met plus de temps à répondre. Ou alors il faut choisir un ordre plus élevé. Et il faut choisir une fréquence de coupure au moins 10 fois inférieur à la fréquence du pwm.

oui c'est ça pour le principe.
La résiduelle est liée au fait que l'intégration n'est pas parfaite donc même après filtrage il subsiste une résiduelle d'ondulation.
Avec la méthode que je t'ai décrite, le choix de ta résolutionau niveau de ton PWM conditionnera cette résiduelle.
En gros plus le "pas" de variation de ton PWM sera grand plus la résiduelle sera grande puisque le "grain" sera plus fort entre 2 valeurs adjacentes.
Si on considère que le poids binaire de ton PWM en 8 bits est 12/2^8=46.8mV et que ta stabilité est 1LSB tu auras en entrée du filtre cette variation, par contre en 10 bits elle sera de 11mV, etc.
Donc tu dois choisir une valeur de résolution en amont (coté PWM) qui évite d'avoir en sortie une résiduelle détectable vis à vis de la réaction de ton variateur.
Comme 100% correspond à 10V, et 1% à 1V (selon la doc) tu peux donc en déduire le taux de variation acceptable en entrée de ton variateur afin que ce ne soit pas détectable visuellement.

[sandrecarpe]

Merci pour l'explication, je vois très bien ce que tu veux dire.
En revanche, selon ta méthode il semblerait que la tension résiduelle n'est pas lié à RC, pourtant c'est le cas ? Plus RC augmente plus la résiduelle est faible. C'est surtout en fonction de RC que j'aimerais trouver cette tension résiduelle. Afin de ne pas être visible, la tension résiduelle (Le V_ripple c'est ça ?) ne doit pas dépasser 0,01V c'est ça ? Enfin après tout dépend à la vitesse à laquelle répond le ballast

[invite5637435c]

Le couple RC est la conséquence des calculs et des choix pris pour obtenir un résultat d'atténuation adapté à l'équipement à piloter.
Avec un filtre du 1er ordre ton atténuation sera de -20dB par décade, donc l'atténuation sera correcte mais toute relative selon la sensibilité observable par la charge, le capteur, etc.
On peut augmenter RC mais au détriment de la réactivité, on peut aussi augmenter la fréquence du PWM.
J'ai choisi 0.01V pour l'exemple.
A mon avis un RC simple et ton AOP doit amplement suffire, on ne connaît pas par contre le courant consommé en entrée du variateur, je pense qu'il doit être faible.
@+