Génération 4-20mA à partir d'un µC

[invite6dcc23cf]

Bonjour à tous.

Je suis actuellement en train de travailler sur la conception de 2 cartes électroniques qui permettrons à l'avenir de faire transiter une mesure 4-20mA entre un capteur et une station de mesure sans fil.
D'un coté une carte sera relier au capteur, la mesure de celui-ci sera transmise à un µC par une résistance de précision et convertit par un ADC 16bits. Cette donnée sera ensuite envoyé à la 2nd carte en numérique.
Jusque la par de problème.

Le problème se situe sur la 2ème carte qui elle, devra à partir de la valeur numérique généré un courant 4-20mA et le transmettre dans la boucle de courant de la station de mesure.
J'ai donc pensé à faire ce schéma :



Cependant lors des essais que j'ai effectué, le montage ne fonctionne pas et consomme un courant bien trop élevé (150 mA).

Si quelqu'un aurait une solution ou une explication de ce phénomène je suis preneur.

Bonne journée à vous.

PS: Lors d'une demande de mesure, la station fournit une alimentation de 24v (entre VIN- et VIN+)
La tension en sortie du Dac est comprise entre 0.4V pour le 0 et 2V pour la pleine échelle.
L'optocoupleur me permet de récupérer l'information logique "La station demande une mesure"
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[penthode]

dés le départ , ça foire :

l'aop supporte un mode commun bien trop élevé

[invite6dcc23cf]

Bonjour et merci de votre réponse.

Je ne comprends pas ce dont vous me parlez.
L'aop que j'utilise est un LM358P qui supporte une tension d'alimentation de 32V.
A moins que votre remarque ne porte sur autre chose.

Cordialement

[penthode]

quand la sortie du DAC est proche de 0 l'entrée de l'aop est à VDD , (alim négative ) ce que ne supporte pas un AOP .

revois les conditions d'usage des AOP

[A voir en vidéo sur Futura]

[Antoane]

Bonjour,

Il faut que la sortie "IN-" de la station de mesure soit reliée à la masse, sans quoi l'AOP ne peut pas mesurer la tension aux bornes de R14 et la comparer avec la tension fournie par le DAC. Ca devrait alors fonctionner.

Note que ce schéma présente un offset du au courant consommé par l'AOP et la led. Il faudrait a minima relier le côté "négatif" de R15 à l'émetteur du NPN de manière à ce que le courant consommé par la led soit pris en compte.

On trouve des AOP ne consommant que quelques dizaines de µA - voire beaucoup moins. Par exemple : http://www.ti.com/amplifier-circuit/...1261min=0.9;25 ou http://www.analog.com/en/parametrics...4108|2839|2840

[invite936c567e]

Bonjour

On pourrait envisager un autre montage dans lequel ni l'alimentation de l'AOP ni son courant de sortie n'interfèrent dans la valeur de l'intensité dans la boucle de courant :

[Antoane]

Bonjour,

Je pense qu'il est possible de faire travailler l'AOP avec se tensions d'entrée très très proche de zéro :


Dans ce cas, le courant d'alimentation de l'AOP est prélevé sur la source 24 V et pris en compte dans la mesure du courant total.
Le NPN est nécessaire (c'est bien dommage) du fait de la puissance à dissiper : jusqu'à 20mA*24V~0.5 W - un peu trop pour un DIL8.
R9 et R10 sont nécessaire à en croire la simulation mais je ne vois pas vraiment pourquoi

Le circuit fonctionne en simulation, il faudrait tester en vrai pour voir ce que ça donne.
Ceci dit, c'est plus pour le plaisir qu'autre chose : les deux propositions faites plus haut (#6 et #5) sont plus propres.

L'opto-coupleur est-il indispensable ? Il consomme un courant qui ne peut être que de 1 ou 2 mA sur la boucle de courant (puisque le courant total absorbé doit pouvoir descendre à 4 mA) tandis qu'il semble (mais ce n'est peut-être qu'une erreur de schématisation) que la mesure de ce signal et le DAC partagent la même masse.

[invite6dcc23cf]

Bonjour,

Il faut que la sortie "IN-" de la station de mesure soit reliée à la masse, sans quoi l'AOP ne peut pas mesurer la tension aux bornes de R14 et la comparer avec la tension fournie par le DAC. Ca devrait alors fonctionner.

Note que ce schéma présente un offset du au courant consommé par l'AOP et la led. Il faudrait a minima relier le côté "négatif" de R15 à l'émetteur du NPN de manière à ce que le courant consommé par la led soit pris en compte.

On trouve des AOP ne consommant que quelques dizaines de µA - voire beaucoup moins. Par exemple : http://www.ti.com/amplifier-circuit/...1261min=0.9;25 ou http://www.analog.com/en/parametrics...4108|2839|2840

Effectivement, vous avez raison ! Je vais corriger ça tout de suite.
En effet le courant consommé par l'aop va fausser la mesure alors qu'une précision assez importante est requise (d'où l'utilisation d'un DAC 16bits).

[invite6dcc23cf]

Bonjour

On pourrait envisager un autre montage dans lequel ni l'alimentation de l'AOP ni son courant de sortie n'interfèrent dans la valeur de l'intensité dans la boucle de courant :

Pièce jointe 375149

Bonjour,

Je vous remercie de votre réponse.
Ce schéma correspond exactement à mes attentes. Je n'ai juste pas compris le rôle du pont diviseur en sortie du DAC.

Cordialement

[invite6dcc23cf]

Bonjour,

Je pense qu'il est possible de faire travailler l'AOP avec se tensions d'entrée très très proche de zéro :
Pièce jointe 375161

Dans ce cas, le courant d'alimentation de l'AOP est prélevé sur la source 24 V et pris en compte dans la mesure du courant total.
Le NPN est nécessaire (c'est bien dommage) du fait de la puissance à dissiper : jusqu'à 20mA*24V~0.5 W - un peu trop pour un DIL8.
R9 et R10 sont nécessaire à en croire la simulation mais je ne vois pas vraiment pourquoi

Le circuit fonctionne en simulation, il faudrait tester en vrai pour voir ce que ça donne.
Ceci dit, c'est plus pour le plaisir qu'autre chose : les deux propositions faites plus haut (#6 et #5) sont plus propres.

L'opto-coupleur est-il indispensable ? Il consomme un courant qui ne peut être que de 1 ou 2 mA sur la boucle de courant (puisque le courant total absorbé doit pouvoir descendre à 4 mA) tandis qu'il semble (mais ce n'est peut-être qu'une erreur de schématisation) que la mesure de ce signal et le DAC partagent la même masse.

Bonjour,

Je vous remercie du temps passé à étudié ma question.

Je testerai ce schéma dans la semaine pour le plaisir comme vous dîtes. Ceci dit je ne voit pas non plus l'utilité des résistance R9 et R10.

L'opto-coupleur est indispensable car j'ai besoin de récupérer l'information logique "La station de mesure fournit l'alimentation" qui signifie "La station demande une mesure" sur mon µC alimenté en 3.3v.
L'opto est donc la solution qu'il m'est apparu en 1er lieu. Peut-être avez vous une autre idée?

Cordialement.

[Antoane]

L'opto-coupleur est indispensable car j'ai besoin de récupérer l'information logique "La station de mesure fournit l'alimentation" qui signifie "La station demande une mesure" sur mon µC alimenté en 3.3v.
L'opto est donc la solution qu'il m'est apparu en 1er lieu. Peut-être avez vous une autre idée?

L'avantage de l'opto-coupleur est d'assurer une isolation. Si ce n'est pas nécessaire, un pont diviseur peut suffire.

[invite936c567e]

(Comme tu le disais dans ton précédent message, c'est DAC plutôt que ADC. J'étais obnubilé par le AD de la référence Analog Device. )

L'optocoupleur me paraît être un moyen simple de produire un niveau logique bas sur l'entrée « Mesure ON » sans compliquer outre mesure l'asservissement du courant consommé dans la boucle.

La boucle devant au minimum faire circuler 4 mA, le seul problème est qu'il ne faut pas que la somme du courant minimum consommé par l'AOP et du courant traversant la led de l'optocoupleur dépasse cette valeur. En se basant sur la datasheet du LM358, ça devrait être réglé en limitant à 2,0 mA le courant dans l'optocoupleur, soit en mettant une résistance de limitation supérieure à 11,3Ω pour une tension ne dépassant pas 24V. Peut-être faudrait-il, par sécurité, encore un peu augmenter la valeur de R8 sur le schéma ci-dessus (post #7).

[invite6dcc23cf]

J'ai réaliser le montage #6 que vous avez partagé plus haut. Cependant j'ai utilisé un transistor bipolaire car je n'ai que ça sous la main actuellement.
Le montage fonctionne et j'ai relevé un courant d'offset de 2.4mA dût à la consommation de la LED de l'optocoupleur. Aussi pouvez vous m'expliquer l'intérêt du pont diviseur en sortie du DAC.

[invite936c567e]

Aïe.

En plus d'alimenter l'AOP via le 3,3V, l'intérêt du montage du post #6 est justement de ne pas utiliser de transistor bipolaire, afin d'empêcher que le courant de commande de ce dernier (I_B) ne fausse la mesure en traversant la résistance de shunt (20,0Ω sur le montage).

Dans ce contexte, le pont diviseur en sortie de DAC sert à réduire la tension aux bornes du shunt, afin de pouvoir garantir une tension de commande (V_GS) du MOSFET suffisante lorsqu'on atteint le courant maximum dans la boucle. Si l'on ne réduisait pas cette tension, on devrait atteindre 2V aux bornes du shunt (100Ω) et y ajouter la tension V_GS nécessaire à la commande du courant, soit potentiellement plus de 1,8V (=V_GS(th)max du BS108). La tension de sortie de l'AOP devrait alors être supérieure à 3,8V, ce qui est bien évidemment impossible compte tenu de la tension d'alimentation de seulement 3,3V.