Amplification pour asservissement arduino

[CedricMP]

Bonjour,

Je suis en classe préparatoire et dans le cadre d'un travail personnel je me suis lancé dans la réalisation d'un montage électronique permettant de faire léviter une bille avec un champ magnétique.

Pour cela, je réalise un asservissement en position et j'utilise un arduino comme correcteur (pid). Seulement le signal de sortie de l'arduino est une tension pwm de faible intensité et je souhaite commander ma bobine avec un courant d'environ 1A proportionnel à la moyenne de la tension (pwm) de sortie de l'arduino. Je moyenne donc le signal en pwm (avec un rlc) mais je ne parviens pas à amplifier ce signal et le convertir en intensité
J'ai essayé d'utiliser un mosfet (irfp450) mais le résultat n'est pas satisfaisant ... Le courant n'a pas du tout la bonne tête.

schéma de la tentative d'ampli :



Je ne sais pas trop comment m'y prendre... Si je dois persévérer dans l'utilisation d'un mosfet, si je doit utiliser un simple amplificateur de tension qui induira un courant adapté grâce à la résistance interne de ma bobine (87ohm) ou si je doit convertir courant/intensité avant d'amplifier le courant (et alors avec quel montage?) ? Je lis des choses sur les ao, les transistors, les ondulateurs... Mais je suis un peu perdu ! Quelqu'un pourrait-il m'éclairer ? Ou bien me guider vers une source qui me débloquerait ?

Merci d'avance pour la considération que vous porterez à mes questions!

Cédric Jouan
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[gcortex]

Envoie la pwm dans la bobine avec un mosfet "logic level" (ou adaptation avec un npn).
PS : oublie la correction intégrale

[gcortex]

Un autre : http://www.datasheetcatalog.com/data...RFP15N05.shtml

PS : Tu as déjà un 3ème ordre, dur à stabiliser

[gcortex]

Le BS250 est un canal P. Celui là est un canal N (et logic level en plus)

PS : une résistance de 150 ohms sur la grille pour limiter les pics de courants à chaque commutation

[A voir en vidéo sur Futura]

[CedricMP]

d'accord merci beaucoup, vous me conseillez donc de persévérer dans l'utilisation d'un mosfet. je ne comprends pas bien le montage que vous décrivez: vous préconisez de remplacer le irfp 450 par le mosfet logic level ou bien de faire u montage avec uniquement le mosfet logic level ?

Vous me conseiller de ne pas filtrer le pwm ? la bobine prendra directement la valeur moyen du signal ?

[Antoane]

Bonjour,

Quelle est la fréquence de découpage ?
Quelles est l'inductance de la bobine ?

le résultat n'est pas satisfaisant ... Le courant n'a pas du tout la bonne tête

C'est pas très très précis... Quelques détails/oscillogrammes seraient les bienvenus.

[CedricMP]

bonjour Antoane,

la fréquence du signal variera entre 10 et 200 hertz environ, le pwm est de base a 490 Hz mais peut être débridé (on peut aller au moins jusqu’à 32 kHz).
j'utilise une bobine d'inductance 43 mH.

Je me demande si mettre le pwm directement dans la bobine n’écraserait pas totalement le courant (grande fréquence).

[Antoane]

Bonjour,

Je me demande si mettre le pwm directement dans la bobine

comment ?

[CedricMP]

J'envisageais de brancher mon arduino à la grille du mosfet et de brancher directement la patte drain à la bobine puis l'autre coté de ma bobine à un générateur de tension continue, comme sur mon schéma. Mais en faisant cela j'ai un courant nul dans la branche de ma bobine ...

[gcortex]

La variation sera faible, mais la valeur moyenne du courant sera proportionnelle à la pwm.
C'est à çà que sert une pwm. Cesse de raisonner en sinus !

[Antoane]

Bonjour,

Je me demande si mettre le pwm directement dans la bobine n’écraserait pas totalement le courant (grande fréquence).

Détermine le spectre (-> Fourier) de la tension appliquée au dipôle R-L, puis déduis-en le spectre du courant circulant dan le dipôle R-L.
Conclusion ?

J'envisageais de brancher mon arduino à la grille du mosfet et de brancher directement la patte drain à la bobine puis l'autre coté de ma bobine à un générateur de tension continue, comme sur mon schéma. Mais en faisant cela j'ai un courant nul dans la branche de ma bobine ...

Si les composants sont bien choisis et que le câblage est correct, cela devrait fonctionner.
Un point d’achoppement classique est l'usage d'un mosfet ne pouvant pas se commander en 0/5V.
Utiliser un PMOS n'aide pas non plus (http://www.vishay.com/docs/70209/70209.pdf)

[CedricMP]

Effectivement la composante continue du signal pwm ne devrait pas être coupée par le R-L toutefois en essayant le montage j'observe aux bornes de la résistance une tension qui ne correspond pas au signal d'entrée.
je vais donc retirer le pmos, et essayer avec un transistor de Vth adapté je vous envoie des photos de la réponse dès que c'est fait.
Je n'ai que des résistances de 1 ohm et 5 ohm en 50 watt. faut-il une résitance plus importante ou peu importe ?

[gcortex]

En principe, on se sert de la résistance propre à la bobine.
Ajouter une résistance diminue le rendement mais diminue
la constante de temps L/R et çà c'est pas du luxe !

[CedricMP]

Voila le signal pwm que je rentre dans la grille de mon mosfet (canal N):
photo 1.JPG
photo 2.JPG
on voit le signal voulu (2 voltes, 200 Hz) et le signal modulé (5voltes, 20 kHz) (c'est ce dernier que jentre dans le mosfet)

le montage semble bien: (je l'ai repris 3 fois )
photo 3.JPG

et oscilloscope me donne :
photo 4.JPG
le bleu est la branche drain de mon mosfet, le jaune la tension entre la bobine et la résistance et le rouge est la différence des deux autres donc l'intensité dans la branche de la bobine (a 5 ohm près)

on observe que l'intensité dans la branche R-L est nulle
photo 5.JPG

le montage est le suivant :

[CedricMP]

ps: cette électronique semple un peu délicate en vue de mes compétences... et je trouve aucune autre alternative, un ampli audio pourrait-il aller ?

[gcortex]

Mets un ampèremètre si tu ne sais pas te servir d'un oscillo

[CedricMP]

J'ai rajouté la diode de drain vers vcc et j'observe l’apparition d'un courant de 200 mA à travers la bobine, mais l'oscillo montre un courant pas très satisfaisant... et on sent pas de vibration en rapprochant un aimant de la bobine.
photo 1(1).JPG
photo 2(1).JPG

[gcortex]

200mA sans vibration çà va dans le bon sens

[CedricMP]

Dans le bon sens ?
J'observe en appliquant une tension crénaud (5v-30Hz)au même montage que précédemment une variation de l'intensite passant par la bobine lorsque je fais varier le rapport cyclique ! (Variation de 0 à 1A5 ) c'est bon signe ça non ?

[Zig38]

Bonsoir;

Je tenterais bien l'hypothése suivante:

Z impédance du R L:
Z = R + jLW
W = 2 Pi f (f = 20kHz)

Module de Z² = 4,7² + (0,043x2xPix20000)² je vous laisse calculer

Par approximation I = 15/module de Z, ce doit être bien inférieur à 1A.

L'impédance de L bien sur augmente avec la fréquence et à 20.000 Hz vous en êtes à environ 6 k Ohms, vous allez trop vite en fréquence avec le PWM

[gcortex]

Je ne comprends pas ce que tu mesures, mais tu peux faire varier la pwm progressivement.

[freepicbasic]

remplace ta diode rapide par un chimique ! (le + au + pas à l'envers LOL)

Tu envoie du PWM dans une self, ce qui génère de l'impédance dans la self.
Il faut envoyer du continu variable , l'effet inductance deviendra négligeable.
Le temps de réaction PID devra être ajusté à environ 100ms voire plus .
200hz ça fait 5ms la boule ne va pas tombé si vite , entre le moment ou elle est a 0 accélération et le début de sa chute 100ms ça devrait être bon, après il faudra peaufiner l'oscillation...

[gcortex]

remplace ta diode rapide par un chimique ! (le + au + pas à l'envers LOL)

surement pas !

[freepicbasic]

la diode inverse il faut la mettre sur le Mos , d'ailleurs certains comme le BUZ11 en on une interne.

[gcortex]

la diode inverse il faut la mettre sur le Mos

non plus.

d'ailleurs certains comme le BUZ11 en on une interne.

comme tous les mosfets.

dans un demi pont, la diode de l'un sert pour l'autre :
hacheur série/parallèle pour bas régime et freinage.

[Antoane]

Bonjour,

Je tenterais bien l'hypothése suivante:

Z impédance du R L:
Z = R + jLW
W = 2 Pi f (f = 20kHz)

Module de Z² = 4,7² + (0,043x2xPix20000)² je vous laisse calculer

Par approximation I = 15/module de Z, ce doit être bien inférieur à 1A.

L'impédance de L bien sur augmente avec la fréquence et à 20.000 Hz vous en êtes à environ 6 k Ohms, vous allez trop vite en fréquence avec le PWM

C'est l'impédance à 20kHz, celle qui détermine l'ondulation du courant. La valeur moyenne du courant, quant à elle, est fixée par la valeur moyenne du rapport cyclique et l'impédance en dc de la bobnine, i.e. sa résistance.
N'as tu jamais alimenté un moteur en PWM ?

20kHz, vu ton driver, c'est beaucoup : le mosfet risque d'avoir du mal à bien commuter. Il serait bon de descendre la fréquence de découpage ou d'utiliser un driver correct (google > mosfet driver).

20kHz, vu le noyau de ta bobine, ca risque d'être beaucoup, tu vas avoir d'importantes pertes fer.

La manière dont tu mesures le courant est l'une des pire qui soit : mode commun énorme et rapidement variable, mauvais rapport signal sur bruit.
Il faudrait une sonde de courant ou, au moins pour commencer, utiliser un schunt de courant (de quelques dixièmes de ohms) placé entre la source et la masse.
Ou, à défaut, une résistance de qq ohms entre le +15V et le "+" de la bobine.

http://forums.futura-sciences.com/at...no-photo-1.jpg
C'est le Vgs du mosfet ? c'est très moche Pourquoi y a-t-il une partie négative ?

D'où vient le signal de commande ?
Quelle est la référence du mosfet ?
Quelle est la référence de la diode ?
Pourquoi utilises-tu parfois un DPO2002 et parfois un oscillo d'une autre époque ?

Il faudrait que tu détailles un peu tes manipulations pour qu'on puisse comprendre ce que tu fais et t'aider...

remplace ta diode rapide par un chimique ! (le + au + pas à l'envers LOL)

Non : on n'applique pas une tension sur un condensateur, et a fortiori pas un PWM sur un chimique : le courant à chaque mise en conduction du mosfet serait trop grand, il risquerait d’endommager le mos et le condensateur.

[CedricMP]

bonjour,

Je tiens d'abord à vous remercier tous pour vos conseils, ils m'ont permis de faire des tests et de bien avancer dans mes recherches.

mon signal provenait d'un oscillateur tl494 que j'avais monté pour qu'il me renvoie simplement un signal sinusoïdal (généré par un gbf) en pwm mais je pense que ce petit montage ne fonctionnait pas bien (photo 1 c’était bien mon Vgs mais on avait effectivement une tension en partie negative ) , j'ai donc utilisé mon arduino pour me fournir un signal pwm correct et les résultat semble déjà beaucoup plus satisfaisant: je n'observe pas le courant mais en approchant un aimant de ma bobine je sens des vibrations de la bonne fréquence et le courant est d'environ 300 mA.

j'ai une diode rapide MBR360 0730
un mosfet IRFZ 44 (je me demande si celui-ci convient bien j'ai tout de même commander un mosfet logic-level sur internet )

je suis dans le labo de ma prepa j'utilise l'oscillo le plus proche !

Pour plus de puissance j'ai fait une bobine avec un fil de cuivre mais je ne parviens pas à mesurer la résistance interne et l'inductance de ma nouvelle bobine... le multimètre refuse tout ! je l'ai tout de même insérée dans le montage et les résultats sont similaires aux précédents. (j'ai pour cette dernière expérience retiré la résistance en série avec la bobine).

deux questions subsistent: -quelle est la fréquence optimale pour mon PWM ?
-comment observer facilement mon courant ?

Je ne comprends pas bien le problème de la rapidité du PID, il fait des calculs rapidement l'arduino non ? j'ai mis un delay de 20 ms pour l'instant.

le projet avance bien grâce à vous ! encore merci

Cédric Jouan

[Antoane]

Bonjour,

Pense stp à donner les datasheet des composants que tu cites.
La diode : http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/MBR350-D.PDF
Le IRF44 ne convient pas pour une commande en 0/5V, il lui faut 10V : http://www.vishay.com/docs/91291/91291.pdf

Le courant moyen mesuré par un ampèremètre de labo sur calibre dc doit être proche de dc*Vcc/Rs, avec dc le rapport cyclique, Vcc la tension d'alim (15V) et Rs la résistance totale de la branche.

deux questions subsistent: -quelle est la fréquence optimale pour mon PWM ?

Suffisamment faible pour que le mosfet ait le temps de bien commuter.
Suffisamment élevée pour que le courant ne soit pas trop ondulé. Il faut que le courant puisse varier plus rapidement que ne bouge la bille (ca ne veut pas dire grand chose mais tu as compris ).
Éventuellement : à plus de 20kHz, de manière à assurer que la bobine ne sifflera pas.
Éventuellement : Suffisamment faible pour que les pertes fer et par commutation soient raisonnables.
Éventuellement : Suffisamment élevée pour que les pertes par conduction soient raisonnables.

Donc 500 Hz semble raisonnable. Monter à 20 kHz serait préférable, mais requière à ce que la commande soit (beaucoup) plus soignée. Tu pourras (peut-être) "up-grader" ton circuit plus tard.

-comment observer facilement mon courant ?

Idéalement : avec une sonde de courant. Mais c'est cher, tous les labos n'en ont pas.
Sinon : avec une résistance shunt de faible valeur (de quelques dixièmes de ohms) placé entre la source et la masse.
Ou, à défaut, une résistance de qq ohms entre le +15V et le "+" de la bobine. Il faut alors également visualiser la tension +15V au niveau de la résistance.

[CedricMP]

Bonjour,

En suivant vos conseils, on a commandé le IRL 520 http://www.vishay.com/docs/91298/91298.pdf

Très bien nous laisserons donc le port PWM à 490 Hz! j'ai du mal à me faire une idée de la fréquence d’oscillation de la bille ...

nous n'avons pas de sonde de courant au lycée, je ferai des relevés avec un résistance de 1 ohm (50 watt) lorsque nous aurons le mosfet adapté.

En attendant nous essayons de comprendre le fonctionnement du capteur à effet Hall (arduino LN 393 )

merci
Cedric Jouan

[Antoane]

Bonjour,

En suivant vos conseils, on a commandé le IRL 520 http://www.vishay.com/docs/91298/91298.pdf

Pourquoi pas, on le trouvait performant, à une époque
Ceci dit, il devrait convenir à ton application.

nous n'avons pas de sonde de courant au lycée, je ferai des relevés avec un résistance de 1 ohm (50 watt) lorsque nous aurons le mosfet adapté.

En attendant nous essayons de comprendre le fonctionnement du capteur à effet Hall (arduino LN 393 )

Si tu as un capteur à effet Hall (Pense stp à donner les datasheet des composants que tu cites) ayant une bande passante suffisante et que tu ne veux rien de très précis, il peut suffire.
Pense que la résistance de R=1 Ohm, si elle est placée dans la source du MOSFET, diminue la tension de commande Vgs de R*Is, avec Is le courant de source du MOSFET.
Il faut, par ailleurs, que la résistance soit peu inductive, sans quoi les commutations vont être très moches (même à 500 Hz)