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Mesurer une tension avec une isolation galvanique



  1. #1
    ShuliKaurn

    Mesurer une tension avec une isolation galvanique


    ------

    Bonjour,

    Je suis actuellement étudiant et je travaille sur un projet dans lequel je dois mesurer les tensions continues et alternatives des bancs de travaux pratiques de l'école pour afficher ces tensions sur des afficheurs 7 segments et sur un serveur local. Un des critères attendus est l'isolation galvanique entre le circuit de puissance et le circuit de commande. Les tensions continues peuvent atteindre 250 V max, et les tensions alternatives mesurées peuvent être de 500 V, à 50 Hz.

    Pour ce projet, les parties affichage des valeurs et envoi sur le réseau sont fonctionnelles, ainsi que la lecture des tensions continues : j'avais choisi un atmega 328P pour le microcontrôleur (comme les Arduino UNO), et il me faut donc en sortie du circuit l'information sur 5 VDC

    - Pour récupérer les tensions continues, j'utilise un pont diviseur de tension avec une très forte impédance en amont d'un ACPL-C87B-000E (documentation) qui permet l'isolation galvanique grâce à des optocoupleurs et j'en soustrais les sorties avec un AOP en montage différentiel (l'OPA237 de TI) pour envoyer l'information sur un des pins de l'Atmega.

    - Pour la tension alternative, je souhaiterai avoir vos avis pour savoir ce qui serait le plus adapté. Je songeais à un transformateur d'isolement suivi d'un redresseur (il me faut une tension continue aux bornes de l'atmega) en amont des ponts diviseurs de tensions, mais cette solution me parait couteuse et volumineuse avec le transfo et le redresseur pouvant supporter 500V en entrée. Je peux aussi réutiliser le même circuit que celui pour la tension continue, avec un redresseur en amont. Ces deux cas, avec un redresseur en amont du pont diviseur, semblent chers.
    Initialement, j'avais aussi pensé à mettre le pont de diodes après le pont diviseur de tension, lorsque la tension est de 2V. Mais la chute de tension due au pont de diodes perturbe la mesure. Cette chute de tension est-elle stable ? Au lieu de mesurer de 0 à 2V (l'image de la tension de 0 à 500 V), je pourrai alors mesurer de 1.2 à 3.2 V par exemple non ? Cette solution risquerait cependant de me faire perdre les informations sur 30% des mesures :
    La mesure de 0 à 500 V, ramenée de 0 à 3.2 V, donnerait 0 à 2 V après le pont de diodes. Sauf que je perds l'information de 0 à 1.2 V qui représente le segment 0 à 180 V. Ma mesure finale serait donc de 180 à 500 V...


    Voyez-vous quelque chose à laquelle je n'aurai pas pensé ?
    Merci beaucoup pour votre aide, et n'hésitez pas à me demander davantage d'informations si je n'ai pas été assez clair.

    Bonne journée !

    -----

  2. Publicité
  3. #2
    BOB92
    Animateur Bricolage et décoration

    Re : Mesurer une tension avec une isolation galvanique

    Bonjour

    Tu est étudiant … pourrais-tu préciser le niveau et ta spécialité N


    Avant de vouloir solutionner un problème, il faut le poser ….. et être certain des contraintes et performances imposées

    Entrée :
    - Réseau continu : 0 à 250 Volts DC - Mode commun : ????
    - Préciser si on doit exclure un réseau alternatif avec une composante continu et l'inverse … (car pouvant exister sur une plateforme d'essais). Il faudra au minimum en évaluer les conséquences ….

    Sonde de mesure ; Impédance minimum et maximum ( en terme d'impédance Résistive et capacitive) ?

    Chaine de mesure depuis la sonde à la conversion digitale : Gammes, Précision , temps de mesure

    Chaine d'affichage 7 segments : contraintes ( taille afficheur, couleur, luminosité, …)
    Chaîne de transmission au serveur : type de liaison digitale, protocoles, pilotage

    Et pour l'ensemble de ta chaîne de mesure : environnement thermique, vibratoire, ...

    Bien évidemment certaines contraintes peuvent ne pas être prises en compte dans une étude et/ou une réalisation prototype … mais encore faut-il le préciser, et partir sur des bases saines ….

    C'est comme une maison en cours de construction … ce n'est pas en réalisant le plancher du 1er étage qu'on s'aperçoit qu'il faut revoir les fondations car on a oublié une contrainte de gel ….

    Mais rassure-toi, on va te laisser réfléchir ….

    Cordialement

  4. #3
    DAT44

    Re : Mesurer une tension avec une isolation galvanique

    Bonjour,
    Pour évité d'avoir plusieurs alim, qui alimente tes ACPL-C87B-000E, tu peux utilisé un montage différentiel (tu n'a pas une isolation galvanique parfaite, mais c'est relativement bon marché).
    http://philippe.demerliac.free.fr/Ar...096/CP0096.htm

    Pour évité la petite chute de tension du pont de diode tu peux utilisé un redresseur a AOP:
    1 AOP : http://www.tsf-radio.org/forum/im/182645ampli_opl.pdf
    2 AOP : http://www.gerald-huguenin.ch/Cours/...eur_double.htm

  5. #4
    ShuliKaurn

    Re : Mesurer une tension avec une isolation galvanique

    Bonjour et merci beaucoup pour vos réponses.


    Désolé, je n'ai pas été clair dans mon premier message.

    BOB92

    Re : Mesurer une tension avec une isolation galvanique
    Bonjour

    Tu est étudiant … pourrais-tu préciser le niveau et ta spécialité N

    Je suis actuellement étudiant en 5ème année en informatique et automatique. J'ai quelques notions d'électronique, mais ces compétences sont assez limitées.



    Avant de vouloir solutionner un problème, il faut le poser ….. et être certain des contraintes et performances imposées

    Entrée :
    - Réseau continu : 0 à 250 Volts DC - Mode commun : ????
    - Préciser si on doit exclure un réseau alternatif avec une composante continu et l'inverse … (car pouvant exister sur une plateforme d'essais). Il faudra au minimum en évaluer les conséquences ….
    Le projet consiste en la création d'une interface récupérant l'image des tensions aux bornes de deux sources. La source alternative, qui est le secteur triphasé 410 Veff avec neutre distribué, auquel nous faisons varier la tension grâce à un auto-transformateur : cette source est donc parfaitement sinusoïdale, sans composante continue. De même, la source continue est en réalité la tension du secteur redressée après un auto-transformateur et est parfaitement continue. La "difficulté" est de protéger galvaniquement le circuit des différentes sources.

    Je ne comprends pas votre question pour le mode commun : s'il s'agit de savoir si j'utilise un filtre pour le mode commun, la réponse est non. Etant débutant, je n'en perçois pas l'utilité. A quoi cela sert-il ?

    Sonde de mesure ; Impédance minimum et maximum ( en terme d'impédance Résistive et capacitive) ?

    Chaine de mesure depuis la sonde à la conversion digitale : Gammes, Précision , temps de mesure

    Chaine d'affichage 7 segments : contraintes ( taille afficheur, couleur, luminosité, …)
    Chaîne de transmission au serveur : type de liaison digitale, protocoles, pilotage

    Et pour l'ensemble de ta chaîne de mesure : environnement thermique, vibratoire, ...

    Bien évidemment certaines contraintes peuvent ne pas être prises en compte dans une étude et/ou une réalisation prototype … mais encore faut-il le préciser, et partir sur des bases saines ….

    C'est comme une maison en cours de construction … ce n'est pas en réalisant le plancher du 1er étage qu'on s'aperçoit qu'il faut revoir les fondations car on a oublié une contrainte de gel ….

    Mais rassure-toi, on va te laisser réfléchir ….

    Cordialement
    L'impédance résistive de mon montage est d'environ 3 Mohm (la résitance R1 de mon pont diviseur de tension est de 2.5 Mohm). Pour l'impédance capacitive, je n'ai qu'une capacité de 100 nF en parallèle de l'ACPL-C87B-000E (comme visible sur le montage présent à la page 11 de cette spéc).

    Pour la chaîne de mesure, j'espérais avoir une précision de 1 ou 2V : j'utilise pour ça différents ponts diviseurs de tension, pilotés par le microcontrôleur. Le système doit être assez réactif, avec un temps de réponse inférieur à une seconde.

    Les afficheurs utilisés sont des HDSP-5551 de 0.56" de couleur rouge pilotés par un MM5451 (driver de LEDs à 35 sorties) grâce à un multiplexage.
    Les données sont ensuite envoyées sur le réseau par un câble Ethernet reliant la carte au serveur. La partie communication est gérée par une puce W5100.

    Enfin, la température est autour des 20°C ambiants et l'environnement vibratoire est négligeable : il s'agit d'une paillasse de TP dans une salle de classe permettant d'alimenter un moteur, éloigné du banc de TP, pour faire des relevés.


    DAT44

    Re : Mesurer une tension avec une isolation galvanique
    Bonjour,
    Pour évité d'avoir plusieurs alim, qui alimente tes ACPL-C87B-000E, tu peux utilisé un montage différentiel (tu n'a pas une isolation galvanique parfaite, mais c'est relativement bon marché).
    http://philippe.demerliac.free.fr/Ar...096/CP0096.htm

    Pour évité la petite chute de tension du pont de diode tu peux utilisé un redresseur a AOP:
    1 AOP : http://www.tsf-radio.org/forum/im/182645ampli_opl.pdf
    2 AOP : http://www.gerald-huguenin.ch/Cours/...eur_double.htm

    Je suis tombé sur ce lien pour une sonde différentielle, mais l'isolation galvanique étant le critère que je dois assurer, je ne préfère pas continuer sur cette solution.
    Je ne connaissais pas ce type de redresseur. Je vais étudier ça de plus près car, après avoir lu vos liens, il s'agit peut-être de la solution à mon problème pour utiliser mon circuit.


    J'espère vous faire un retour demain soir.
    Merci encore pour votre aide et bonne journée

  6. A voir en vidéo sur Futura
  7. Comparatifs

    Gagnez du temps et de l'argent grâce à nos comparatifs de produits. Parmi nos sujets :
  8. #5
    Blue Sn4ke

    Re : Mesurer une tension avec une isolation galvanique

    Bonjour,
    Tu peux aussi mettre le microcontrôleur côté haute tension, puis transmettre les données via par exemple un UART optocouplé : c'est bien plus simple d'isoler un signal numérique qu'analogique.
    Quitte à remettre un autre micro de l'autre côté pour transformer l'UART en autre chose.

  9. #6
    Antoane
    Responsable technique

    Re : Mesurer une tension avec une isolation galvanique

    Bonjour,

    Pour continuer dans l'idée de Blue Sn4ke, on trouve aussi des modulateurs delta-sigma isolés, par exemple :
    https://www.analog.com/media/en/tech.../AD7403-EP.pdf > https://www.analog.com/media/en/refe...gns/CN0185.pdf
    https://www.ti.com/isolation/isolate.../overview.html > https://www.ti.com/lit/ds/symlink/am...=1589269856002
    https://toshiba.semicon-storage.com/...l.TLP7830.html
    Il suffit alors d'un unique µC côté isolé, mais avec un traitement logiciel un peu plus poussé que le simple décodage d'UART.
    Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.

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  11. #7
    ShuliKaurn

    Re : Mesurer une tension avec une isolation galvanique

    Bonjour à tous !

    Désolé pour le temps passé sans nouvelle.
    Après avoir fait plusieurs simulations sur LTSpice, j'ai conservé l'ACPL-C87B-000E et un simple pont de diodes. L'utilisation d'un pont de diodes en amont du pont diviseur de tension (et non l'inverse) me donne d'excellents résultats : ma marge d'erreur serait, en général, inférieure à 1% ou 2% (le max atteint étant 10% pour des une tension de 10V qui n'est jamais utilisé dans mon cas).
    En récupérant les 3 phases et en utilisant un pont à 6 diodes, mon erreur est alors divisée par 2, ce qui me parait très acceptable par rapport à ce qui était fixé.

    N'étant pas un expert, voyez-vous des points négatifs à cette solution ?



    Pour le circuit de mesures avant l'isolation, je pensais donc à cet ordre :
    - sources de tension triphasée
    - fusible sur chaque source
    - pont de diodes triphasé ( Sur Farnell : SGBJ2510 - Diode de redressement de pont, Triphasé, 1 kV )
    - capacité de filtrage 1 µF (Sur Mouser : MKP1848510704K2)
    - pont diviseur de tension pour abaisser les tensions entre 0 et 2V
    - entrée de l'ACPL-C87B-000E

    Avez-vous des contre indications avant que je ne commande le pont de diodes et la capa de filtrage ? Ces composants me semblent adaptés, mais je ne comprends pas tous les termes spécifiés dans les datasheets.


    Merci beaucoup !

  12. #8
    DAT44

    Re : Mesurer une tension avec une isolation galvanique

    Bonjour,
    avec une tension secteur normale (230 Vac), tu obtiens une tension en sortie du pont qui varie entre 487 Vdc et 563 Vdc
    Avec le condo de 1µ, tu intègre cette tension a la tension maxi (563 V)
    Tu est assé proche de la tension maxi de ton condensateur (700V)
    Il serai plus prudent de prendre un condensateur avec une tension plus élevé (1000V par exemple) ...
    Dernière modification par DAT44 ; 24/05/2020 à 20h22.

  13. #9
    ShuliKaurn

    Re : Mesurer une tension avec une isolation galvanique

    Bonsoir et merci pour ta réponse.

    J'avais justement choisi 700 V pour prendre de la marge par rapport au 563V redressé. Ca te parait encore trop peu ? Selon toi, je devrai plutôt prendre la référence supportant 1k2 comme celle-ci ?

    Merci et bonne soirée

  14. #10
    DAT44

    Re : Mesurer une tension avec une isolation galvanique

    Bonjour,
    oui cette tension est préférable.

    Par contre quel est l’intérêt d'intégré la tension mesuré ?

    Tu échantillonne a quel fréquence en sortie de l'ACPL-C87B-000E ?

  15. #11
    ShuliKaurn

    Re : Mesurer une tension avec une isolation galvanique

    D'accord je note merci !

    Je redresse la tension pour l'ACPL-C87B-000E qui a besoin d'une tension continu. J'avoue ne pas être sûr qu'il n'accepte pas les tensions alternatives, mais un de mes professeurs m'avait "convaincu" qu'il fallait que je redresse mon signal pour l'étudier avec ce module.

    J'avoue ne pas être au point sur ce genre d'information. J'utilise un Atmega 328p cadencé à 16MHz (comme sur un Arduino Uno par exemple). J'ai cru lire que, par défaut, je pourrai échantillonner à 9600 Hz. En sachant que j'ai donc 3 sources de tension à mesurer, je suppose que je peux donc échantillonner à quelques kHz (un peu moins de 3600/3 du coup ?).

  16. #12
    DAT44

    Re : Mesurer une tension avec une isolation galvanique

    Bonjour,
    en sortie d'un pont de diode monophasée la fréquence est multiplié pas deux (100Hz) ici tu est en triphasée la fréquence est multiplié par six (300Hz).

    Si l'Arduino est pas asse rapide pour traité cette fréquence, il est inutile de placé un condensateur en sortie du pont de diode pour intégré la tension mesurée.

    Si l'Arduino n'est pas asse rapide pour traité cette fréquence, il faut intégré la tension mesuré et faire une mesure de la moyenne obtenue.

    En placent le condensateur en sortie du pont de diode, tu vas intégré la tension de crête, si il y a des pointes de tensions (parasites) tu vas mesuré non pas la tension moyenne , mais la valeur de ces pointes de tension.

    Afin de supprimé ce problème, il serait préférable de placer le condensateur qui intègre la valeur moyenne de la tension dans le pont diviseur de la mesure ...
    Cela permet également d'utilisé un condensateur avec une tension moindre (en fonction de l'endroit ou tu le place dans le pont diviseur de la mesure de tension ...)
    Dernière modification par DAT44 ; 25/05/2020 à 08h13.

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