Platine de commande en analogique

[invite83ec9d9e]

Bonjour,

Je travail actuellement sur un projet pour de l'éclairage à LED. Il s'agit d'une carte composée de 2 à 5 circuits de LEDs + résistances. Ce sont des LED standards 5 mm.

- Les commandes d'allumage permettent d'allumer ou non les groupes de LEDs sur la platine.
- Les platines consomment entre 10 mA et 500 mA suivant le nombre de LED et la couleur.
- La mesure de courant est séparée sur chaque groupe de LED. Par exemple, pour une carte qui consomme 10 mA, on règle le seuil sur environ 5 mA, et on déclenche le relais quand le courant consommé descend en dessous de 5 mA ( 50% de LED HS) ou alors si la carte se déconnecte etc.

- Si on appuis sur BP1, les platines LED doivent clignoter
- Si on appuis sur BP2, on diminue la luminosité d'environ 50%
- Si on appuis sur BP1 et BP2, on clignote avec un intensité diminuée de 50%

- Pour info, tout est dans le même boitier.

Là où je coince c'est que si je clignote ou que je diminue la luminosité de 50%, mes mesures de courants ne vont pas aimer et déclencher une alarme... comment faire en sorte que cela ne génère pas de défaut ? Sans faire une usine à gaz et en restant en analogique sans microcontrôleur. Telle est la question !

En pièce jointe un synoptique donc si vous avez une idée...

Merci
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[Vincent PETIT]

Salut,
Je dirais qu'il faut intégrer la mesure de courant

Il faudrait que tu montres la partie de ton schéma qui mesure le courant.

[invite83ec9d9e]

Bonjour Vincent,

A quoi servirait un intégrateur si ce n'est que de transformer mon signal carré en signal triangulaire ?

Concernant la partie de mesure de courant je ne l'ai pas encore faite, je n'ai même rien fais du tout puis-qu’avant je voudrait savoir comment m'y prendre pour le reste.

- Oscillateur 0.5Hz : un NE555
- Oscillateur 100Hz 50% : un autre NE555
- Mesure de courant : je pense utiliser un AOP en comparateur qui mesure la tension aux bornes d'une résistance d'environ 1 ohm / 1W.

[Vincent PETIT]

Bonjour Vincent,

A quoi servirait un intégrateur si ce n'est que de transformer mon signal carré en signal triangulaire ?

Concernant la partie de mesure de courant je ne l'ai pas encore faite, je n'ai même rien fais du tout puis-qu’avant je voudrait savoir comment m'y prendre pour le reste.

- Oscillateur 0.5Hz : un NE555
- Oscillateur 100Hz 50% : un autre NE555
- Mesure de courant : je pense utiliser un AOP en comparateur qui mesure la tension aux bornes d'une résistance d'environ 1 ohm / 1W.

Salut !
Justement, mesurer le courant au travers d'une résistance de shunt par un comparateur est une bonne idée. Le problème, et tu l'as dit toi même, c'est que ce courant aura la même forme que la tension (carré 0.5Hz ou 100Hz) et ton comparateur ne va pas arrêter de basculer.

Intégrer un signal revient a calculer l'air sous la courbe / les périodes et donc d'avoir la valeur moyenne. En effet, avec une mauvaise constante de temps tu auras un triangle non exploitable mais avec la bonne constante ça donne quelque chose comme ça (si tu regardes bien le signal moyen est bien triangulaire) :


source : http://eskimon.fr/237-arduino-403-et...-enfin-presque (rien a voir avec ton application mais le but est le même. C'est comme si tu souhaitais extraire la valeur moyenne d'un signal PWM pour faire un DAC low cost)

En clair, si tu mets par exemple 2 circuits RC (filtre passe bas 2eme ordre) après la résistance de shunt, en calculant bien le RC évidemment, il en sortira la valeur moyenne que tu pourra exploiter plus facilement avec un comparateur.

Il reste deux problèmes :

- cette technique n'est pas super réactive car pour que le comparateur voit une sous consommation de courant, il faut le condo se décharge plus que la normal ce qui prend un peu de temps. Je ne sais pas si ce temps est hyper critique pour toi ?
- pour le 0.5Hz.... car le couple RC sera compliqué a mettre au point (ils auront des trop fortes valeurs tous les deux)

[A voir en vidéo sur Futura]

[Vincent PETIT]

Exemple en simulation :
Pour le signal carré de 100Hz sous 5V qui passe dans une résistance de 1Ω, donc 5A, avec deux filtres passe bas pour intégration (ou extraction de la valeur moyenne ce qui revient au même).

En rouge j'ai bien un signal moyen de 2.5V (image du courant moyen car 5A a raison d'un rapport cyclique de 50% ça fait bien 2.5A.)
Après ça tu peux attaquer un comparateur et en plus l'impédance d'entrée d'un tel composant ne viendra pas changer les paramètres des deux cellules RC.

Pour les 0.5Hz ? C'est pas négociable d'augmenter un peu la fréquence ?

[invite83ec9d9e]

Re bonjour Vincent,

Je te remercie pour ton aide
Pour te répondre, je peux déjà te dire que le temps de détection de sous consommation n'est pas du tout critique : si le temps est de quelques secondes c'est pas grave, disons maxi 3 secondes ca serait cool. L'idéal serait d'une seconde.

Pour rectification : je n'aurait pas 5V sur 1 ohm, car l'alimentation des platines LED est en 24V + ou - 2V. Et le courant consommé sera de 10 mA à 500 mA (le seuil de déclenchement sera réglable avec un potar sur chaque blocs de mesure / détection).

Ensuite, pour la forme du signal on peut avoir 4 cas :

- 1) On allume en continu avec un rapport cyclique = 100%)
- 2) On fait clignoter à environ 0.5Hz avec un rapport cyclique = 100%)
- 3) On allume en continu avec un rapport cyclique = à 50% (luminosité réduite)
- 4) On fait clignoter avec en plus un rapport cyclique à 50% (clignote + luminosité réduite)

Comment faire pour que la mesure de courant prenne en compte ces changements ?

[Vincent PETIT]

Pour te répondre, je peux déjà te dire que le temps de détection de sous consommation n'est pas du tout critique : si le temps est de quelques secondes c'est pas grave, disons maxi 3 secondes ca serait cool. L'idéal serait d'une seconde.

D'accord.

Pour rectification : je n'aurait pas 5V sur 1 ohm, car l'alimentation des platines LED est en 24V + ou - 2V. Et le courant consommé sera de 10 mA à 500 mA (le seuil de déclenchement sera réglable avec un potar sur chaque blocs de mesure / détection).

Pour le 5V sur une résistance de 1Ω c'était juste pour l'exemple en simulation.
10mA sur une résistance de 1Ω ça donne 10mV a surveiller... il faudra un comparateur sacrément bon pour une si faible tension (voir les tensions d'offset des entrées qui peuvent déjà être de 10mV pour un LM311 par exemple)

Ensuite, pour la forme du signal on peut avoir 4 cas :

- 1) On allume en continu avec un rapport cyclique = 100%)
- 2) On fait clignoter à environ 0.5Hz avec un rapport cyclique = 100%)
- 3) On allume en continu avec un rapport cyclique = à 50% (luminosité réduite)
- 4) On fait clignoter avec en plus un rapport cyclique à 50% (clignote + luminosité réduite)

Comment faire pour que la mesure de courant prenne en compte ces changements ?

Je ne comprends pas certaine chose dans ce que tu as écrit ! Je pense qu'il y a une confusion entre rapport cyclique et fréquence.
Rapport cyclique = (durée de l'état haut / période) * 100
Fréquence = 1 / période

-1) ok !

-2) si tu as un fréquence, peut importe sa valeur, c'est que le rapport cyclique est entre 1% et 99% mais il ne peut pas être de 100% sinon on est dans le cas -1)

-3) ok pour 50% mais à quelle fréquence ?

-4) ok donc un signal carré puisque rapport cyclique a 50% = durée à l'état haut identique que durée à l'état bas mais a quelle fréquence ?

A+

[invite83ec9d9e]

Pour le 5V sur une résistance de 1Ω c'était juste pour l'exemple en simulation.
10mA sur une résistance de 1Ω ça donne 10mV a surveiller... il faudra un comparateur sacrément bon pour une si faible tension (voir les tensions d'offset des entrées qui peuvent déjà être de 10mV pour un LM311 par exemple)

A la limite je peux monter à 4,7 ohms mais les "bons" AOP s'en sortent très bien et je n'ai pas vraiment de limite de budget car ce projet ne sera pas réalisé en quantité industrielle. Je peux donc me permettre de faire quelque chose de solide, et propre.

Je ne comprends pas certaine chose dans ce que tu as écrit ! Je pense qu'il y a une confusion entre rapport cyclique et fréquence.
Rapport cyclique = (durée de l'état haut / période) * 100
Fréquence = 1 / période

-1) ok !

-2) si tu as un fréquence, peut importe sa valeur, c'est que le rapport cyclique est entre 1% et 99% mais il ne peut pas être de 100% sinon on est dans le cas -1)

-3) ok pour 50% mais à quelle fréquence ?

-4) ok donc un signal carré puisque rapport cyclique a 50% = durée à l'état haut identique que durée à l'état bas mais a quelle fréquence ?

A+

Quand je parle de la fréquence, il s'agit de la fréquence à laquelle je voudrais faire tourner le PWM, et donc 100Hz me semble bien pour ne pas voir les LED scintiller. Après on peut monter plus haut sans problème. Donc pour diminuer la luminosité, un PWM avec une fréquence de 100Hz et un rapport cyclique de 50% (pour diviser par 2 la luminosité) me semble bien pour démarrer. Il sera ajusté par la suite car je ne pense pas que la luminosité d'une LED soit très linéaire.

[Vincent PETIT]

Nous parlons bien le même langage !

4.7 Ohms me semble plus raisonnable comme résistance de shunt surtout pour mesurer des faibles courants.

Combien consomme un panneau alimenté en continu ?
Imaginons qu'il consomme 500mA en continue, on aura une tension moyenne de 500mA * 4.7Ω = 2.35V après l'intégrateur.
Avec un PWM de 90%, un poil moins lumineux, on aura une tension moyenne de (500mA*90%) * 4.7Ω = 2.11V après l'intégrateur.
Avec un PWM de 50%, un poil moins lumineux, on aura une tension moyenne de (500mA*50%) * 4.7Ω = 250mV après l'intégrateur.
Avec un PWM de 10%, un poil moins lumineux, on aura une tension moyenne de (500mA*10%) * 4.7Ω = 50mV après l'intégrateur.

C'est ça ? Si oui alors il va être compliqué de détecter un problème de sous consommation car ça peut être due, soit au PWM soit a des LED cramouses ! Comment avais tu envisagé le truc ?

A+

[invite83ec9d9e]

Justement, il est là le soucis !
Bon dans mon cas on ne parle que d'une diminution de 50%, car un mode jour nuit me suffit.

Alors moi j'ai pensé à 2 solutions :

1) Quand je passe en mode "nuit", le PWM s'enclenche et et prévoit un commutateur logique (transistor ou mosfet) qui va me changer la valeur de la tension de référence de mon intégrateur / comparateur.
Un exemple :

- Une carte consomme en continu (100%) 100 mA sous 24V
- A travers un shunt de 4,7 ohms cela donne une tension de 470 mV
- Moi je décide de régler mon comparateur sur 470mV / 2 soit Ur = environ 235 mV pour qu'il déclenche quand la conso diminue de moitié.
- Si on passe en mode nuit, PWM = 50% donc conso divisée par deux et Ur = 235 mV : problème ! Tout est bon mais pourtant il va déclencher une alarme.
- Le but : quand on passe en mode nuit, je commute une autre résistance pour changer le Vref pour qu'il passe à 235 / 2 = environ 117 mV. Ce sera mon nouveau seuil

2) Je met 2 comparateurs en // sur chaque branche mais cela devient vite une usine à gaz. Et ca fera trop de sorties à gérer.

Qu'en penses-tu ?

[Vincent PETIT]

1) Quand je passe en mode "nuit", le PWM s'enclenche et et prévoit un commutateur logique (transistor ou mosfet) qui va me changer la valeur de la tension de référence de mon intégrateur / comparateur.

Je choisirai aussi cette solution.
Pour l'intégrateur, en mettant deux cellules RC (R = 10kΩ et C = 10µF) l'une derrière l'autre ça devrait suffir.

Exemple avec un courant de 100mA @100Hz et un rapport cyclique α de 50% mesuré dans une résistance de shunt de 5Ω. En 1s la tension image du courant moyen (100mA * 5Ω *50% = 250mV) est atteinte.




Le compromis c'est que si tu veux être plus rapide, en baissant les valeurs de R et de C, alors le signal va devenir de plus en plus triangulaire ce qui est gênant.

[invite83ec9d9e]

Ca marche pas mal en simulation ^^ Après là ou ca va se compliquer un peu c'est quand ce 100Hz va être "clignotant" à 0.5Hz

[Vincent PETIT]

En effet, et je dirai même qu'un intégrateur n'est pas possible avec une telle fréquence (il faudrait mettre des résistances et des condensateurs de très fortes valeurs)

Il faut explorer une autre piste et il y en a :
Avec un fréquence de 0.5Hz, les LED sont allumées pendant 1s et éteintes 1s, je pense qu'il doit être possible de faire la mesure de courant directement, voir même avec l'intégrateur en place pour le 100Hz, pendant la seconde où les LED sont allumées en se synchronisant avec l'horloge.

Doit y avoir d'autres.