Filtrage PWM

[invite02e086b1]

Bonjour,

Je cherche à créer un filtre pour limiter les émissions électromagnétiques d'un système d'alimentation de LEDs par modulation de pulsation (PWM). Jusque là, rien d'extraordinaire me direz-vous... sauf que j'ai quelques contraintes spécifiques supplémentaires et, surtout, quelques questions que je viens vous poser ici. Cependant, si vous connaissez un dispositif existant qui réponde à mon besoin, je suis preneur !

Avant tout, un peu de contexte...

Premièrement, le dispositif sera utilisé dans un espace accueillant du public, avec présence de travailleurs à proximité directe ; je dois donc me conformer aux exigences réglementaires en la matière. J'ai à cet effet pris connaissance du Décret no 2016-1074 du 3 août 2016 et des valeurs limites d'exposition imposées.

D'autre part, le dispositif sera utilisé dans un environnement spécifique, avec présence d'une "boucle à induction magnétique" à destination des malentendants ; pour information, cette boucle émet un signal non modulé (directement les fréquences audibles) qui est capté et amplifié par les appareils auditifs. Je n'ai pas les caractéristiques exactes du dispositif (notamment la puissance rayonnée), mais je peux éventuellement les obtenir. Quoi qu'il en soit, mon but est de limiter au maximum les émissions de mon système, et je suis convaincu que cette contrainte est plus forte que la précédente, puisque je dois ne pas perturber un dispositif qui doit lui-même se conformer à la première exigence.

Le dispositif sera intégré dans un boîtier blindé de manière appropriée (pour éviter des rayonnements du filtre lui-même).

Le dispositif devra fonctionner durant de nombreuses années (le plus possible ) ; je ne peux donc pas me permettre d'utiliser des choses un peu farfelues ou en limite de fonctionnement, qui ne tiendraient pas dans le temps.

Enfin, la protection contre les court-circuits sera assurée par le bloc d'alimentation, mais les LEDs ayant plutôt tendance à mourir en ouvrant le circuit, le filtre doit pouvoir supporter une sortie non connectée.


Pour ce qui est des caractéristiques techniques, voici mes données :

• Puissance de sortie : environ 10W à 100%
• Fréquence de modulation : pas encore figée, mais :
  • < 15kHz, limité par la fréquence du microcontrôleur et le nombre de niveaux dont je souhaite disposer
  • La plus basse possible (pour avoir plus de niveaux différents), tout en restant avec des composants facilement accessibles et pas monstrueux en taille

J'ai fait quelques essais par tâtonnement sur ce site, et je suis arrivé à ce schéma :
filtre.png

D'après ce même site, la réponse de ce filtre ressemblerait à ceci :
filtre_reponse.jpg

J'ai ensuite adapté le schéma à mon problème :

• MOSFET canal N au niveau de la masse ; ignorez la résistance sur la gate, il s'agit d'un contournement, en vrai il y aura un composant idoine pour faire ce travail
• diode (à définir) pour écluser le retour de courant lors de la coupure du MOSFET
• capa de découplage à l'entrée du filtre ; ici mise complètement au doigt mouillé
• résistances série équivalentes (estimées ou d'après des composants réels)
• simulation de la LED pilotée par une résistance (non réaliste car la réponse de la LED n'est pas linéaire, mais passons pour l'instant)

J'ai envoyé le tout dans un petit simulateur sympatique, ici avec une fréquence de 5kHz et 50% de modulation de puissance (le pire cas, il me semble)... et c'est là que mes ennuis commencent :
filtre_simu1.jpg

Alors j'ai bien conscience qu'il ne s'agit que d'une simulation, pas forcément très réaliste qui plus est, mais continuons tout de même... J'ai ajouté les deux graphes qui me paraissent intéressants : la puissance d'entrée et la puissance de sortie du filtre. Pour une consommation de 8.37W à l'entrée (pas RMS, mais pas trop loin), on a une variation en sortie 7.428-7.421 = 7mW crête-à-crête. Soit, puisque c'est une sinusoïde quasi parfaite, un RMS de 7 / sqrt(2) ~= 5mW.

Si on fait le calcul d'atténuation, ça nous donne 10*log10(5/8370) ~= -32dB... Soit bien loin des -67 annoncés par le graphe précédent !
Mes questions sont donc les suivantes :

1. Est-ce que mon calcul est correct sur le principe ?
2. Si oui, à votre avis, qui du graphe ou du simulateur a le moins tort ? (Je ne dis pas "qui a raison" car tout est purement théorique ici, et la réalité aurait encore une autre version )
3. Comment avoir une idée de la puissance effectivement rayonnée ? J'imagine que c'est compliqué car ça dépend de la longueur des câblages, etc., mais est-ce qu'il y a moyen d'avoir un ordre d'idée (et de grandeur) ?

Merci d'avoir lu mon (long !) texte, j'espère que vous pourrez m'aider
-----

[calculair]

j'avoue ne pas bien comprendre le problème...

Les puissances mises en oeuvre sont tellement faibles que mes limites n'ont aucune chance d'être approchées ....

[invite02e086b1]

Bonsoir calculair,

Merci d'avoir prêté attention à mon problème, et désolé que ça ne soit pas très clair...

Le problème est de garantir un filtrage suffisant pour ne pas gêner la fameuse boucle magnétique. On ne peut pas se permettre d'infliger un son insoutenable aux malentendants.

Pour résumer, mes questions sont :

• Pourquoi ai-je tant de différence entre la théorie pure et la simulation ?
• Y a-t-il un moyen d'estimer la puissance rayonnée par le système que j'ai simulé ?
• Si oui de quel ordre serait-elle ?

[PKcSIdur]

Ton problème est le dimensionnement de ton filtre parce que tu ne maitrises pas la théorie ou la simulation ? Dans les 2 cas va falloir nous donner plus de bille pour ne pas qu'on fasse le travail pour toi

[A voir en vidéo sur Futura]

[jiherve]

bonsoir,
Et si tu grimpais un peu en fréquence car il est très facile de sortir du domaine audio avec un µC classique(AT328P) tournant à 16Mhz on peut produire une PWM à 62,5kHz en 8bit ce qui est largement suffisant dans la plupart des cas.
Avec un Atiny45 on grimpe encore plus haut.
JR

[invite02e086b1]

Re-bonsoir,

PKcSIdur > Mon problème est la discordance entre les deux. Est-ce que la simulation est déficiente (car simplifiée), ou est-ce qu'il y a un effet dû à la configuration (PWM, diode... que sais-je) qui implique cette réaction ?

jiherve > Comme je l'ai dit, il me faut suffisamment de niveaux, et ce à cause des particularités du lieu. Le but est de pouvoir avoir aussi bien un éclairage très faible (mais avec plus que 3 niveaux) dans une obscurité quasi-totale, ou bien un éclairage d'appoint lorsque la lumière ambiante est allumée, de l'ordre de 30W au total (il y aura 3 canaux de 10W comme celui-ci).
J'ai effectivement l'intention d'utiliser un Atmel à 16MHz (probablement un 328P, en effet) car c'est une techno que je connais bien. Mais j'aurai besoin des timers 16 bits pour avoir assez de niveaux : même avec le prescaler à 1, au-delà de 10kHz je n'aurai pas assez de niveaux pour avoir une progression suffisante dans les niveaux faibles. J'ai déjà rencontré ce problème avec un autre projet, modulé à 25kHz : ça me faisait 630 niveaux au total, mais avec la correction pour rendre la luminosité perceptivement linéaire, les premiers niveaux produisent des "crans" trop gros.

Quand à utiliser un microcontrôleur plus rapide... oui, ça pourrait être une solution si je n'y parviens pas avec un 16MHz. Mais je préfère essayer d'abord avec ce que l'on a en stock.

[mag1]

Re-bonsoir,

PKcSIdur > Mon problème est la discordance entre les deux. Est-ce que la simulation est déficiente (car simplifiée), ou est-ce qu'il y a un effet dû à la configuration (PWM, diode... que sais-je) qui implique cette réaction ?

jiherve > Comme je l'ai dit, il me faut suffisamment de niveaux, et ce à cause des particularités du lieu. Le but est de pouvoir avoir aussi bien un éclairage très faible (mais avec plus que 3 niveaux) dans une obscurité quasi-totale, ou bien un éclairage d'appoint lorsque la lumière ambiante est allumée, de l'ordre de 30W au total (il y aura 3 canaux de 10W comme celui-ci).
J'ai effectivement l'intention d'utiliser un Atmel à 16MHz (probablement un 328P, en effet) car c'est une techno que je connais bien. Mais j'aurai besoin des timers 16 bits pour avoir assez de niveaux : même avec le prescaler à 1, au-delà de 10kHz je n'aurai pas assez de niveaux pour avoir une progression suffisante dans les niveaux faibles. J'ai déjà rencontré ce problème avec un autre projet, modulé à 25kHz : ça me faisait 630 niveaux au total, mais avec la correction pour rendre la luminosité perceptivement linéaire, les premiers niveaux produisent des "crans" trop gros.

Quand à utiliser un microcontrôleur plus rapide... oui, ça pourrait être une solution si je n'y parviens pas avec un 16MHz. Mais je préfère essayer d'abord avec ce que l'on a en stock.

Bonjour,
Mes connaissances en µC sont limitées, mais avec un bête picaxe 08M2 à 2,80 euros, horloge à 32Mz , on peut programmer un PWM à une fréquence de 31250Hz, avec une variation de RC de 0 à 100% en 1023 paliers.
Je sais pas si c'est suffisant...

MM

[invite02e086b1]

mag1 > C'est pas si mal, encore que 1023 niveaux c'est probablement pas assez, mais il y a peut-être moyen, comme pour l'Atmel, d'avoir plus de niveaux en diminuant la fréquence. (Je connais pas les autres microcontrôleurs, j'ai seulement de l'expérience avec les Atmel 8 bits). Mais comme jiherve le proposait, Atmel fait des bêtes plus rapides qui conviendraient certainement.

Cependant, le problème du filtre reste quand même dans ma tête : calculair a l'air convaincu que je me fais des nœuds au cerveau pour rien concernant les rayonnements... Si je sors du domaine audio ma plus grosse contrainte est effectivement levée, mais reste la contrainte légale. Comment être sûr que ce sera dans les clous ? Tous les projets que j'ai réalisés jusqu'à maintenant étaient avec des PWM de signal (et non de puissance) donc je n'ai jamais eu à m'en inquiéter...

Y'a une formule pas trop tordue qui pourrait me servir à évaluer ce rayonnement ?

[Antoane]

Bonjour,

L'atténuation en tension à 5kHz devrait, d'après LTSpice, être de ~52 dB. Je n'ai pas regardé en détail les hypothèses du calculateur de filtre, mais il et possible qu'il considère des impédances source ou de charge de 50 Ohm.
Avec un carré incident de 12 V d'amplitude, le fondamental est d'amplitude 6*4/pi~7.6 V. La simulation montre 26 mV crête à crête d'ondulation, soit 20*log10(7.6/0.026) ~ 49 dB. La différence s'explique principalement du fait du riche contenu harmonique du carré.

Pour le fond du problème, je suis du même avis que les autres : il faut augmenter la fréquence de découpage. Cela peut éventuellement se faire avec un générateur PWM externe si ton µC n'en est pas capable (c'est à vrai dire une technique classique).
On trouve par ailleurs des drivers de led intégrés assurant la régulation en courant. La fréquence de découpage est alors >100 kHz et un circuit analogique interne assure la régulation du courant. Le "dimming" est alors souvent assuré par un signal PWM basse fréquence additionnel, mais il devrait être possible d'agir directement sur le courant de consigne si les émissions BF (à la fréquence du PWM, soit ~100-1000 Hz) sont un problème.

Voir par exemple https://www.analog.com/en/products/p...driver-ic.html
ou https://www.ti.com/power-management/.../overview.html

[mag1]

mag1 > C'est pas si mal, encore que 1023 niveaux c'est probablement pas assez, mais il y a peut-être moyen, comme pour l'Atmel, d'avoir plus de niveaux en diminuant la fréquence. (Je connais pas les autres microcontrôleurs, j'ai seulement de l'expérience avec les Atmel 8 bits). Mais comme jiherve le proposait, Atmel fait des bêtes plus rapides qui conviendraient certainement.

Ce que j'ai proposé est le max en fréquence et en nombre de paliers faisable par le picaxe 08M2.
1023 paliers, ce n'est pas suffisant pour commander un éclairage ?
Une puissance de 30W, est faible, je doute que cela génère la moindre gêne...
Par prudence, utiliser des paires torsadées pour minimiser le rayonnement, si nécessaire.
MM

[invite02e086b1]

Bonsoir Antoane,

Merci pour la simulation faite de ton côté. C'est amusant que tu trouves des valeurs (-52 et -49) à peu près au milieu des miennes (-67 et -32)... mais ça ne m'étonne qu'à moitié.

Merci également pour l'idée des IC ! Je n'y avais pas pensé du tout ! Un composant qui me fera directement la régulation de courant, sans prise de tête... c'est presque trop beau pour être vrai

Je crois que je vais creuser de ce côté-là, ce sera certainement le plus simple et le moins onéreux !

Merci beaucoup à tous pour votre investissement !

[invite02e086b1]

mag1 > Non, 1024 paliers ce n'est pas suffisant pour mon cas. Comme dit plus haut, j'ai besoin d'un contrôle fin dès les premiers niveaux. L'oeil humain ayant une réponse logarithmique, il me faut donc beaucoup de niveaux en linéaire pour avoir un contrôle suffisamment précis à basse luminosité.

[gts2]

L'oeil humain ayant une réponse logarithmique, il me faut donc beaucoup de niveaux en linéaire pour avoir un contrôle suffisamment précis à basse luminosité.

Pourquoi ne pas faire une commande logarithmique (ou exponentielle !) ?

[jiherve]

Bonjour,
Je doute qu'il faille plus de 10 bits, voir les astuces utilisées pour les TV, dithering par exemple, là cela reviendrait à switcher entre deux valeurs de PWM élémentaire mon cher Watson!
JR
Nota : brevet plus possible!

[invite02e086b1]

gts2 > Mais elle le sera ! Et c'est précisément pour ça que j'ai besoin d'autant de niveaux ! Lorsqu'on est à puissance faible, l'oeil répond beaucoup aux variations. Il me faut donc des variations très petites... soit beaucoup de niveaux puisque le PWM généré par des compteurs est linéaire par essence.

jiherve > Oui, du dithering fonctionnerait certainement. Mais pourquoi m'embêter à coder un truc pénible pour simuler plus de bits (avec des interruptions si on veut le faire proprement), alors que j'ai lesdits bits à portée de main par ailleurs ?
Ne t'inquiète pas pour les brevets, mon dispositif comme moi-même serions plus du genre open source que l'inverse !

[mag1]

gts2 > Mais elle le sera ! Et c'est précisément pour ça que j'ai besoin d'autant de niveaux ! Lorsqu'on est à puissance faible, l'oeil répond beaucoup aux variations. Il me faut donc des variations très petites... soit beaucoup de niveaux puisque le PWM généré par des compteurs est linéaire par essence.

Bonjour,
Peut on avoir un lien vers les leds utilisées?
On a certainement pas besoin de 1023 paliers, mais peut être d'une variation de 1/1023 en début de plage, en fonction de la sensibilité de l’œil, et des leds utilisés .
Par quoi sont commandées ces leds? Il faudrait quelques infos plus précises sur le contexte.
Que cherches tu à filtrer? Avec un PWM à 30kHz, les harmoniques (impaires) sont loin de la bande audible
MM

[invite02e086b1]

mag1 >

Je n'ai pas de lien car je ne sais pas de quelle variante il s'agit, mais c'est du ruban de LED RGB de marque 3M, avec une inscription "300LSE". Il balance 10W/m en blanc d'après mes mesures. Je ne pense pas que cette information apporte grand-chose, ceci dit...

Pas besoin de 1023 paliers au total, effectivement. Mais j'ai quand même besoin de nettement plus fin que 1/1023 dans les premiers niveaux, par retour d'expérience sur un projet précédent.

Les LEDs étaient, dans mon idée initiale, commandées par un MOSFET, comme présenté dans la simulation de mon post d'origine. Mais suite à la proposition de Antoane, je vais plutôt me diriger vers un circuit intégré dédié qui prend une entrée PWM à basse fréquence.

Le contexte, je l'ai donné il me semble : ce sera un éclairage très faible (et variable avec plus que 2/3 niveaux car chaque travailleur a sa préférence) dans le noir quasi complet en présence de public, ainsi qu'un appoint en lumière ambiante artificielle (probablement toujours au maxi ou pas loin, en tous cas je n'ai pas vraiment besoin de précision dans ce cas). Sans aucun intérêt à mon avis, je peux également ajouter que ce système remplacerait l'actuel, constitué d'un tube fluo avec de la gélatine, commandé par un variateur secteur (SCR ou triac), et un second sans gélatine en on/off. L'idée étant, tu l'auras compris, de remplacer les deux fluos par un seul ruban de LED.

Je n'ai vraiment l'intention de froisser personne, mais j'aimerais tout de même souligner que le nombre de niveaux n'était pas le sujet d'origine... Ce côté-là était déjà réfléchi pour ma part Mais, je suis d'accord : tout est toujours discutable, et je ne ferme aucune porte.

[jiherve]

Bonjour,
entre de petits, minuscules, picochouillesques soucis de codage pour gérer des IT et un big maousse costaud probleme de filtrage mon choix est vite fait!
car en limitant ton nombre de niveaux tu pourras quitter la bande audio et ton filtre ne sera plus nécessaire!
JR

[Vincent PETIT]

Bonjour, j'avoue être un peu perdu avec la demande.

Je me permets de reformuler, je vois :

- Un besoin de gestion fine des variations d'intensité pour un système visuel à LED. Tu as choisi une gestion numérique par PWM.

- Un environnement sensible, presence de malentendants équipés d'appareils auditifs et presence de capteurs de type boucle magnétique. Tu as des contraintes fortes de pollution électromagnétique

Concernant le PWM des LED, il ne faut surtout pas le filtrer sinon tu vas retirer les harmoniques qui donnent au signal PWM son allure carré. Plus tu vas retirer des harmoniques, en filtrant, et plus tu vas arrondir les coins du signal et augmenter l'ondulation des états hauts et bas. Dans ces conditions, qui tendent à "sinusoïder" le signal (ce n'est pas français mais tant pis ), je ne vois pas comment gérer finement l'intensité des LED ?

D'un point de vu CEM (compatibilité électromagnétique) ça dépend de beaucoup de paramètres, réalisation PCB, câblages, niveaux de tensions, niveaux des tensions, .... pour faire un petit résumé rapide, les perturbations ont 2 moyens de se propager ; en rayonné (comme un antenne) ou en conduit (par les câbles.) Il y a beaucoup de solutions en réalité, par exemple un système sur batterie peut de supprimer les perturbations conduites par les câbles. L'utilisation des fréquences hautes ne peuvent plus être captées par un appareil auditif simplement car sa bande passante s'arrête avant. Le blindage, et même celui du PCB de ton appareil peut limiter l'impact des couplages capacitifs avec le voisinage (causés par la variation rapides de tension) mais aussi les couplages inductifs avec le voisinage (causés par les variations rapides de courants). Si sur certains microcontrôleurs ont peut régler le slewrate (rapidité de la variation de tension) de sortie c'est pour avoir du contrôle sur le couplage capacitif.

Bef, il faudrait voir le schéma complet + le routage + câblage avec l'environnement.

[mag1]

mag1 >

Je n'ai pas de lien car je ne sais pas de quelle variante il s'agit, mais c'est du ruban de LED RGB de marque 3M, avec une inscription "300LSE". Il balance 10W/m en blanc d'après mes mesures. Je ne pense pas que cette information apporte grand-chose, ceci dit...

Bonjour,
Ben je sais pas, mais ces leds RGB 3M doivent être prévues pour fonctionner avec un driver, voire un télécommande dédiée, avec un codage spécifique, non?
MM

[Antoane]

Bonjour,

Concernant le PWM des LED, il ne faut surtout pas le filtrer sinon tu vas retirer les harmoniques qui donnent au signal PWM son allure carré. Plus tu vas retirer des harmoniques, en filtrant, et plus tu vas arrondir les coins du signal et augmenter l'ondulation des états hauts et bas. Dans ces conditions, qui tendent à "sinusoïder" le signal (ce n'est pas français mais tant pis ), je ne vois pas comment gérer finement l'intensité des LED ?

Je ne suis pas sûr de comprendre : le principe de filtrer le PWM serait, ici, de supprimer également la fondamentale et d'avoir un courant quasi-continu, comme dans n'importe quel convertisseur DC-DC.

[invite02e086b1]

jiherve > Je vois ce que tu veux dire. Je peux toujours essayer de coder un dithering. J'aurai peut-être besoin de faire un nouveau sujet pour de l'aide, alors... XD En tous cas, ça me parassaît plus simple au départ de souder quelques composants. Mais je me suis peut-être trompé...

Vincent PETIT >

La reformulation est bonne. À ceci près que la boucle magnétique n'est pas un capteur mais un émetteur. Les récepteurs sont les appareils auditifs des gens. Mais ça ne change rien au problème, donc continuons.

Juste pour clarifier, le PWM filtré n'est pas celui de la commande du MOSFET, mais bien la puissance envoyée aux LEDs. Sur le principe, le MOSFET amplifie le PWM du microcontrôleur (préamplifié par un "gate driver") et le filtre restitue (du moins c'est le but) le RMS du PWM amplifié (en tous cas un truc approchant, moins les pertes) pour l'envoyer aux LEDs. Je ne suis pas électronicien professionnel, mais il ne me semble pas que ça pose problème de faire ça, si ?
Et si j'ai bon, du coup, je ne vois pas le problème pour gérer aussi finement que l'on veut...

edit: cross-post avec Antoane, on est d'accord sur la pertinence du filtrage ! (ouf ! XD )

Pour ce qui est de la transmission par conduction, j'ai seulement mis la capa de découplage (qui sera faite par une batterie de condos à très bas ESR), en considérant que l'alimentation (à découpage) prendrait le reste... Mais c'est peut-être un tort ?

[antek]

Si je comprend c'est bizarre : tu veux une variation analogique du courant led avec une commande tor du mos ?!?!
Entre autres, le rendement lumineux des led en prend un coup . . .

[Antoane]

La topologie est très classique : c'est un buck régulé en courant, le dimming pouvant être réalisé de deux manières différentes :

- en ajustant la valeur du courant régulé. Les leds sont alors alimentées par un courant DC (avec un chouilla d'ondulation à quelques centaines de kHz).
- avec un signal PWM BF :

* le buck constitue une source de courant valant la valeur nominale du courant des leds, il découpe à quelques centaines de kHz.
* ce courant est haché par un PWM basse fréquence (entre 100 Hz et 1 kHz) pour moduler le courant moyen envoyé aux led.
* le courant envoyé aux led est alors rectangulaire, dont la valeur crête est le courant nominal des led tandis que la valeur moyenne est ajustée pour avoir l'éclairement voulu.

Les deux techniques sont communément utilisées, voir par exemple : https://www.analog.com/media/en/tech...ts/37611fb.pdf
fs5.JPG

- le circuit en vert constitue un boost délivrant un courant constant de 1 A (régulé par mesure de la tension aux bornes de la résistance de 250 mOhm)
- le circuit jaune est un PWM régulant le courant moyen dans les leds.

Ce CI : https://www.analog.com/media/en/tech...ets/lt3950.pdf, par exemple, permet d'implémenter les deux modes de control :
fs7.JPG

- en bleu le boost haute fréquence (300 kHz à 2 MHz) réalisant une source de courant de valeur régulée (en mesurant la tension aux bornes de la résistance connectée entre ISN et ISP).
- en jaune le PWM à basse fréquence (300 Hz à 1 kHz) permettant de moduler le courant moyen dans les leds.
- en vert le circuit permettant de fixer la référence de courant pour le convertisseur boost, i.e. le circuit permettant de définir quelle doit être la tension aux bornes de la résistance shunt câblée entre ISN et ISP.

Le rendement des led est effectivement dépendant du courant (ce qui milite pour pour une alimentation par courant constant) mais la persistance rétinienne rend un éclairage haché plus efficace qu'un éclairage continu (pour une même puissance optique). In fine, je ne sais pas quel effet est dominant. Par ailleurs, ces effets sont assez faibles comparé aux entre rendements du montage, et en particulier la diminution du rendement des led vs. la température (effet indépendant de la technique de modulation choisie).

[jiherve]

re
en effet avec un buck/boost régulé en courant on fait ce que l'on veut et là plus de soucis car si celui ci est correctement blindé il ne rayonne rien et le nombre de bits associés au contrôle de la PWM ainsi que sa fréquence peuvent être quelconques.
C'est une solution que je n'avais pas proposée car j'avais cru comprendre ,sans doute à tort, que tu disposais déjà d'une tension d'alimentation des LED.
JR

[bobflux]

Même problème que mon éclairage de salon

Solution au problème du nombre insuffisant de niveaux du PWM:

Dégager le micro actuel et mettre un ESP32 à la place. Le PWM tourne à 80MHz et il gère le dithering en hardware, ce qui ajoute 4 faux bits en plus. Donc, avec une fréquence PWM de 40 kHz, tu as 11 bits réels plus 4 faux bits, total 15, ça devrait largement suffire. Sinon tu peux mettre un STM32 qui a un timer "haute résolution" (HRTIM) avec une fréquence d'horloge (virtuelle) de 4GHz. Voir les micros supportés dans ce document. Donc, problème des niveaux réglé.

-- ou --

Rajouter une résistance d'une valeur déraisonnablement élevée dans la grille du MOSFET qui fait la commutation des LED, pour le ralentir. Il faut qu'il mette plusieurs cycles de PWM pour s'activer complètement. Le résultat, c'est que les quelques premières valeurs du PWM marchent avec un MOSFET qui n'est pas complètement passant, ce qui diminue l'intensité des premiers niveaux. J'ai testé, ça marche bien, et c'est pas cher (une résistance).

-- ou --

Rajouter un deuxième MOSFET avec une résistance dans la source ou le drain pour limiter le courant. Donc on a un MOSFET pour éclairer fort, et un pour éclairer pas fort. On envoie le PWM sur celui qu'on veut en fonction de la gamme d'intensité voulue.

Bon, maintenant que le problème du nombre de niveaux est réglé et que le PWM fonctionne à 40kHz, il devrait suffire d'un simple filtre LC avec une ferrite, plus une commutation pas trop rapide des FET, et un câblage serré... pour ne pas perturber cette boucle magnétique.

Solution analogique:

Je laisse de côté les drivers à découpage car on ne conseille pas une conception de machin à découpage à quelqu'un qui demande comment filtrer un PWM, si tout n'est pas bien comme il faut tu vas fabriquer un brouilleur radio large bande.

Donc, source de courant analogique à ampliop avec un MOSFET, une par couleur puisque c'est des LED RGB. Tu donnes aux ampliop une tension avec un DAC I2C genre MCP4728, c'est pas cher. Tu as donc un contrôle analogique (pas haché) du courant, donc pas de problèmes de pollution électromagnétique.

Il faut mettre des résistances de faible valeur dans la source des MOSFET, et prendre des MOSFET avec une RdsON pas trop élevée, le tout pour une chute de tension minimum.

Pour les AOP, des LM358 "premier prix le standard de l'industrie" c'est très bien.

"oui mais euh c'est analogique ça va chauffer"

Donc tu prends une alim Meanwell style ELG-xxx-yyB, tu remplaces xxx par la puissance en ouate et yy par la tension, et tu prends bien avec un "B" à la fin. Il y a une entrée "DIM" qui permet de contrôler le courant de sortie, via PWM, résistance, tension, etc. Attention, la sortie n'est pas un PWM on/off, c'est du continu filtré. Il faut que les entrées "DIM" soient isolées de la sortie de l'alim, donc un optocoupleur est à prévoir.

Donc, tu peux contrôler la tension de sortie de l'alim ; enfin le courant mais c'est pareil si tu mets un assez gros condensateur à la sortie, puisqu'on parle de boucle de contrôle.

Bien bien, donc tes ampli-op sont alimentés en 12V, tu rajoutes des diodes à la sortie pour obtenir le maximum des tensions de sortie de tous les AOP. Quand ce maximum dépasse un peu trop la tension de seuil des MOSFET utilisés, c'est qu'un des AOP est en train de saturer, parce que la tension de l'alim est trop basse pour avoir le courant demandé, donc... on augmente la tension d'alim avec l'optocoupleur mentionné ci-dessus. Et si aucun des AOP n'est en train de saturer, on peut réduire la tension d'alim.

Et voilà, moins de pertes.

Si tu n'as que 30W de LED il est tout à fait probable que cette solution n'aie pas plus de pertes qu'une solution à découpage.

[bobflux]

Ah oui, la pollution électromagnétique émise par une boucle parcourue par un courant variable est proportionnelle à l'aire de la boucle.

La boucle en question c'est tout le trajet du courant modulé par le PWM, et l'aire dépend de la distance entre le fil "aller" et le fil "retour".

Autrement dit, il ne faut pas utiliser des fils placés n'importe comment, mais plutôt un câble où le fil "aller" et le fil "retour" sont bien serrés ensemble. On peut aussi torsader les fils, mais si ça doit être apparent, un câble est plus esthétique. Il me semble que dans les câbles secteur ronds (pas les plats) les fils sont un peu torsadés.

[invite02e086b1]

Rebonjour à tous !

Merci beaucoup bobflux pour ta réponse pleine de bonnes idées

En fait, j'ai beaucoup aimé l'idée de l'alimentation "programmable" par PWM... Mais en m'intéressant aux alims que tu proposes, j'ai remarqué qu'elles ont toutes le même problème : elles ont un "saut" important entre 0mA et une certaine valeur, souvent 5% ou 10% de leur puissance maxi. Du coup ce n'est pas tout à fait adapté à mon besoin.

En revanche, ton histoire de salon m'a fait repenser à un petit régulateur que j'ai utilisé il y a... pfou ! Et moi aussi c'était pour mon éclairage de salon Je sais que c'est efficace et que ça tient bien la route, car il tourne encore tous les jours ou presque depuis de nombreuses années.

Du coup, est-ce que ça se tiendrait d'utiliser un "bête" module step-down comme celui-ci ?
La fréquence de découpage est à 180kHz d'après la fiche technique, ce qui est très bien pour mon cas.
Celui que je possède passe sans problème les 100W que je lui demande, mais il a des dissipateurs en plus ; à voir si celui-ci ou un similaire peut passer les 30W requis sans trop chauffer. Mais... ne mettons pas la charrue avant les bœufs ! D'abord je vous explique...

L'idée, du coup, ce serait d'utiliser une alim avec une tension un poil plus élevée que nécessaire (genre 15V), et paramétrer ce régulateur sur une tension de sortie à 12V pour protéger mes LEDS. Ensuite, remplacer la résistance variable qui gère la régulation de courant par un MOSFET, qui sera cette fois utilisé en résistance variable et non en amplificateur. Pour ça, deux petits schémas valent mieux qu'un (avant/après) :


C'est juste pour l'idée, les valeurs de résistance sont un peu au pif ; je ferai des tests avec le vrai dispositif pour adapter. Pareil, pour le choix de l'optocoupleur... non défini (son entrée aura peut-être besoin d'être "buffée" par un petit transistor) !
Notes :
- les OUT+/- sont les points de sortie du régulateur
- OUT- est physiquement connecté à IN- sur mon modèle

Est-ce que cette idée-là tient la route, ou est-ce que c'est peine perdue ?

[bobflux]

En fait, j'ai beaucoup aimé l'idée de l'alimentation "programmable" par PWM... Mais en m'intéressant aux alims que tu proposes, j'ai remarqué qu'elles ont toutes le même problème : elles ont un "saut" important entre 0mA et une certaine valeur, souvent 5% ou 10% de leur puissance maxi.

Pas de problème avec les sources de courant à MOSFET/ampliop pour gérer toute la plage, mais il faut certes que le truc qui commande l'alim, par exemple le micro, ne la règle pas en dessous du seuil où elle se coupe. Dans ce cas la tension d'alim cessera de s'adapter à la puissance demandée, mais comme c'est au réglage de puissance minimal, c'est pas là que ça va chauffer.

Et aussi, ça permet de commander les 3 couleurs du RGB avec une seule alim.

Du coup, est-ce que ça se tiendrait d'utiliser un "bête" module step-down comme celui-ci ?

Ça marcherait d'en mettre 3 pour du RGB si les LEDs sont entre la sortie du module et la masse.

Mais si ton ruban RGB est à anode commune (un seul fil pour le +) alors non, tu peux pas, c'est dans le mauvais sens... Il faudrait un régulateur à découpage conçu pour les LED à anode commune.

[invite02e086b1]

Ça marcherait d'en mettre 3 pour du RGB si les LEDs sont entre la sortie du module et la masse.

Mais si ton ruban RGB est à anode commune (un seul fil pour le +) alors non, tu peux pas, c'est dans le mauvais sens... Il faudrait un régulateur à découpage conçu pour les LED à anode commune.

Je suis bien en anode commune... mais, chose que je n'ai pas précisée ça jusque là, je n'ai pas besoin de faire toutes les couleurs possibles (j'ai préféré circonscrire un peu le problème pour simplifier). En réalité, je piloterai en plus 2 MOSFETs canal N en tout-ou-rien pour choisir si j'alimente seulement le rouge (avec public) ou blanc (appoint).

Du coup, si tu me dis que la bidouille avec l'optocoupleur et le MOSFET P fonctionne, je n'ai besoin que d'un seul régulateur pour les LEDs. (Et d'un second pour le microcontrôleur, histoire de pas avoir besoin de 2 alims secteur séparées).

De plus, la limitation de tension offerte par ce régulateur est d'autant plus intéressante pour moi que, si jamais quelque chose devait déconner au niveau du microcontrôleur ou de mon circuit, il reste la limite CV hardware pour ne pas exploser les LEDs (Enfin, ça marcherait aussi en alimentant directement en 12V, mais vu qu'on a toujours une chute avec un buck, là je pourrai utiliser le ruban à 100% donc c'est encore mieux).

Maintenant, il me reste à choisir parmi les 2 solutions qui ont le plus retenu mon attention :

• celle que j'ai proposé dernièrement, qui utilise un microcontrôleur que j'ai déjà, et quelques composants pas chers dont j'ai déjà une partie aussi (certainement celle préférée par mon chef car moins chère )
• ou celle préconisée par plusieurs personnes avec un microcontrôleur plus rapide pour un PWM hors domaine audio, mais avec lequel je n'ai pour l'instant aucune expérience, et que je n'ai pas sous la main... (mais découvrir de nouvelles choses, c'est toujours intéressant )

Dernière chance : si quelqu'un a une ultime idée géniale, qu'il parle maintenant ou... d'ici quelques jours