Dimensionnement filtre passe bas

[invited66cbeff]

Bonjour à tous,

je souhaite mettre en place une boucle de courant 4-20mA à l'aide d'un signal PWM. Le récepteur de cette boucle a une impédance de 160Ohm. Je génère donc un signal PWM avec un rapport cyclique oscillant entre 12.8% (0.64V de tension moyenne) et 64% (3.2V de tension moyenne).
J'aimerai donc filtrer ce signal PWM afin de ne conserver que la composante continue. Mon signal PWM a une fréquence de 8kHz et j'ai donc choisi de mettre en place un filtre avec une fréquence de coupure proche de 1Hz afin d'appliquer un gain entre -60dB et -80dB sur la composante ayant une fréquence de 8kHz.

Le soucis dans ce montage est la valeur de la résistance. En effet, afin d'avoir une tension maximum d'au moins 3.2V aux bornes de la résistance de mon récepteur, je ne peux pas, dans mon filtre, utiliser une résistance dont la valeur dépasse les 90 Ohm.
J'ai donc décider d'utiliser un condensateur de 1800 µF et une résistance de 75 Ohm pour mon filtre. Ce montage me permettrait donc d'avoir un filtre passe bas donc la fréquence de coupure est de 1.18Hz.

J'aurais donc voulu avoir votre avis quant à la viabilité de ce système. J'avais également quelques aprioris sur la valeur du condensateur. Je le trouve en effet assez énorme mais je ne vois pas comment faire autrement ...


Merci d'avance,
électroniquement,
Adam
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[Jack]

Ca dépend du schéma du filtre.
Avec un filtre actif, la valeur de la résistance ne devrait plus être aussi critique.

[gwgidaz]

Bonjour,

Je suppose que tu trouves cette fréquence de coupure parce que tu veux un filtre du premier ordre dans ta boucle d'asservissement, pour être stable.
Tu peux aussi avoir une fréquence de coupure plus haute, et un filtre du second ordre, il suffit que sur le diagramme de Bode du gain en boucle ouverte, la courbe ait une pente inférieure à 12dB /oct au point 0 dB . (ça se fait avec un petit réseau RC qui redresse la pente.)

[Jack]

Bonjour,

Je suppose que tu trouves cette fréquence de coupure parce que tu veux un filtre du premier ordre dans ta boucle d'asservissement, pour être stable.

Je ne pense pas qu'il s'agisse d'un problème d'asservissement, juste une conversion PWM -> continu

[A voir en vidéo sur Futura]

[micka_ch]

Ca dépend du schéma du filtre.
Avec un filtre actif, la valeur de la résistance ne devrait plus être aussi critique.

+1 pour le filtre actif.

Par contre ton circuit ne réaliser pas une "vrai" boucle de courant. D'ailleurs il me semble que la plupart des récepteurs 4-20mA utilisent souvent des shunt de 250Ohm. Mais peut-être que ta proposition est suffisante pour ton application.

Si tu est amené à réaliser une source de courant commandé en tension voici 2 exemples :

CurrentSource.png

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Meilleures salutations

[gienas]

Bonjour AdamoEden et tout le groupe

... J'ai donc décider d'utiliser un condensateur de 1800 µF et une résistance de 75 Ohm pour mon filtre. Ce montage me permettrait donc d'avoir un filtre passe bas donc la fréquence de coupure est de 1.18Hz ...

Hum.

Partant de 8 kHz, il serait intéressant de savoir pourquoi une fréquence de coupure aussi basse. Est-elle bien ... nécessaire?

La valeur du condensateur résulte de la très faible résistance du filtre. À ce sujet, il me semble que rien n’empêche de placer un suiveur, qui permettrait d’utiliser des valeurs, surtout du condensateur, bien plus faibles.

Mais pourquoi vouloir une atténuation si importante? À quoi va servir ce signal filtré?

Si c’est dans le cadre d’un asservissement (probablement le cas le plus critique), l’hystérésis devrait bien "masquer" l’ondulation.

[Jack]

Il n'y a pas d'asservissement. C'est le fait de parler de BOUCLE de courant qui vous fait penser à celà je suppose.

AdamoEden veut générer une tension variant entre 0,64V et 3,2V dans une résistance de 160 ohms, c'est tout.

Le récepteur de cette boucle a une impédance de 160Ohm

Mais ce qui m'inquiète, c'est le terme de "récepteur". S'il s'agit du récepteur placé en extrémité de boucle, ce n'est plus une boucle de courant, et la tension générée va être dégradée au niveau du récepteur.
C'est d'ailleurs ce point que soulève micka_ch.
Il faut que la tension fltrée en sortie de PWM soit immédiatement suivie d'un convertisseur tension courant de manière à ce que ce soit un générateur de courant qui pilote la boucle.

[invited66cbeff]

Tout d'abord merci beaucoup pour vos réponses.

En ce qui concerne les composants utilisés pour faire des boucles de courants, j'y avais déjà pensé (je m'étais concentré principalement sur le XTR105). Le soucis c'est qu'ils demandent une alimentation depuis la boucle de courant de la part du récepteur. Le récepteur est un système déjà existant (la résistance de 160 Ohm également du coup) et ne fourni pas d'alimentation sur cette boucle je ne peux donc pas utiliser ce genre de composant.

Pour les filtres actifs, je ne maîtrise pas tellement ... J'ai voulu faire un essai avec un AOP que j'avais sous la main, deux résistances de 1M Ohm et un condensateur de 100nF mais la tension en sortie du suiveur ne voulais pas dépasser une certaine valeur (de mémoire 1.6V ou 1.8V).

Pour la fréquence de coupure de mon filtre, je me suis dit qu'il me fallait de très faibles oscillations de tension pour conserver une précision correcte sur ma boucle de courant.

Et donc je veux convertir le signal PWM que je génère avec mon µC en une tension continue pour obtenir un courant proportionnel au rapport cyclique de mon signal.

Et du coup, le filtre passif est totalement à proscrire ? J'ai trouvé un condensateur de 1800µF abordable avec une durée de vie de 30.000h (c'est important car mon système sera très souvent allumé)

Merci encore pour vos conseil !


Adam,

[gienas]

Pourquoi diable ne pas répondre aux vraies questions posées?

... je veux convertir le signal PWM que je génère avec mon µC ...

Ce micro contrôleur connaît forcément le rapport cyclique et peut l'afficher en numérique.

... je veux convertir ... en une tension continue pour obtenir un courant proportionnel au rapport cyclique de mon signal ...

Que doit faire cette tension continue? Pourquoi rechercher une telle "perfection"?

Sa valeur moyenne est parfaite, quel que soit l'efficacité de son filtrage.

[Qristoff]

Salut,

je souhaite mettre en place une boucle de courant 4-20mA à l'aide d'un signal PWM.

déjà, je trouve ça très curieux (et pas forcément adapté..) ! C'est quoi la finalité ? transmettre une info en 4/20mA à partir d'un µC ? pourquoi ne pas utiliser un petit DAC ?

[Jack]

Salut,
déjà, je trouve ça très curieux (et pas forcément adapté..) ! C'est quoi la finalité ? transmettre une info en 4/20mA à partir d'un µC ? pourquoi ne pas utiliser un petit DAC ?

Parce que le µC n'en possède pas et qu'une PWM peut très bien faire l'affaire?
Mais en effet, tant qu'à rajouter des composants externes, autant utiliser un DAC (avec sortie en courant).

[jiherve]

bonjour,
il n'a peut être pas assez de pattes libres pour un DAC // ou d'interface ad hoc pour un série
Ceci dit avec un Sallen & Key d'ordre 2 il devrait réussir.
un excellent site :http://sim.okawa-denshi.jp/en/CRlowkeisan.htm
en bas de page.
JR

[invited66cbeff]

Le DAC me coûterait trop de broches (il ne me reste qu'une broche de libre).
A la base, le système qui existe utilise des relais et des résistances pour faire varier sa tension analogique. Le soucis est que cela ne permet de ne générer que quelques valeurs. Une PWM me permettrait ainsi de pouvoir générer n'importe quelle valeur de la boucle de courant (Dans la limite de la résolution de mon signal PWM qui est de 10 bits donc ... ).

Gienas, j'ai pas trop compris ce que tu voulais dire ... Je n'ai aucun soucis avec le PWM, j'ai justement dit qu'il était bon et que sa valeur moyenne me convient. Et je veux une tension continue car c'est ce qu'admet mon récepteur.

[gienas]

Bonjour à tous

... Gienas, j'ai pas trop compris ce que tu voulais dire ... Je n'ai aucun soucis avec le PWM, j'ai justement dit qu'il était bon et que sa valeur moyenne me convient. Et je veux une tension continue car c'est ce qu'admet mon récepteur.

Tu n’as jamais dit ce que commande ce "récepteur" dont on ne sait rien, et dont j’ai du mal à comprendre pourquoi il exige un tel degré de filtrage.

[Vincent PETIT]

Bonjour à tous

AdamoEden, peux tu répondre à la question de Jack s'il te plaît ? Le PWM, il attaque quoi ? Un générateur de courant ? (J'espère)

J'aurais donc voulu avoir votre avis quant à la viabilité de ce système.
[...]
J'avais également quelques aprioris sur la valeur du condensateur. Je le trouve en effet assez énorme mais je ne vois pas comment faire autrement ...

Je comprends la contrainte, tu dois trouver un moyen de "bidouiller" quelque chose. Cependant:

Le PWM va amener un problème de réactivité qu'il faut prendre en compte. Avec une résistance de 75 Ohms et un tel condensateur, si le PWM passe de 12.8% (4mA j'imagine) à 64% (20mA j'imagine) il va se passer un certain temps avant que le filtre passe bas réagisse. C'est normal, plus ta fréquence de coupure est basse et plus le système réagit lentement face à une excursion. Est-ce que ce temps de réaction est gênant ?

- Penses à gèrer la boucle de courant ouverte (qui signal un problème ou un défaut pas forcement une panne) donc un courant inférieur à 4mA.

- Pour la réactivité mieux vaut un filtre avec une fréquence de coupure plus haute (entre la composante continue et le fondamental) et une pente plus abrupte (un ordre de filtre plus élevé) plutôt qu'un filtre d'ordre 1 avec une fréquence de coupure basse. C'est ce qu'a proposé JR.

J'ai trouvé un condensateur de 1800µF abordable avec une durée de vie de 30.000h (c'est important car mon système sera très souvent allumé)

Ce qui fatigue les condensateurs, c'est la chaleur de l'environnement et celle produite par l'ondulation résiduelle (ripple), un mauvais lissage si tu préfères. L'ondulation résiduelle fait passer un courant dans le condensateur et le fait chauffer, l'électrolyte sèche et il vieillit prématurément.

c'est l'un des deals de électronicien quand il doit choisir un condo dans une alimentation à découpage. A vouloir prendre un ripple trop bas on se retrouve avec un condensateur de la mort (cher, volumineux et qui au tout premier démarrage va demander des précautions pour ne pas faire sauter le fusible). Il doit donc accepter un ripple permettant d'avoir un condensateur acceptable en baissant sa marge de sécurité sur le vieillissement.

- Attention, quand un condensateur vieillit on peut avoir des surprises ; courant de fuite, changement significatif de sa valeur, à voir l'impact puisque tu dis que l'appareil reste longtemps en fonctionnement. C'est aussi pour ça que le PWM reste globalement une mauvaise solution.

A+

[jiherve]

bonjour,
avec un S&K coupant à 100Hz la composante 8KHz est réjectée à -70dB et il suffit de condensateurs de 0,1µF. Comme le filtre est actif on se contrefout de la charge il faudra toutefois prévoir une conversion tension=> courant ce qui reste trivial.
JR

[Qristoff]

Salut,

Le DAC me coûterait trop de broches (il ne me reste qu'une broche de libre).

il pilote quoi ce µC comme interfaces séries ? SPI, I²C, microwire ? il existe tout type de DAC en liaison série https://fr.rs-online.com/web/c/semi-...searchTerm=DAC