DIY - 2 réalisations et évolutions du tensioneur de harnais GT V3 de Lebois-racing

Non, la solution avec le DAC est plus lourde... et elle n'apporte rien

Et transformer un PWM en tension analogique, il n'y a rien de plus facile !!

il y a plusieurs raison pour laquelle tu n'y es pas arrivé (en considérant la bonne constante de temps évidement ET AUSSI des impédances adaptées avec ce qu'il y a en AMONT ET en AVAL

- en amont, ATMEL spécifie les tensions des sorties pour des courants inferieurs à 20 mA, donc l'Arduino doit voir une impédance suffisamment haute sur sa sortie PWM pour driver une douzaine de mA => si on prend 1 ohm avec 1000 uF ou bien 1 Mohm avec 1nF, c'est toujours la même constante de temps ! pourtant, ça ne sera pas la même charge pour l'Arduino

- aval il faut par contre une impédance assez faible pour le NE555...

Si par exemple, ton PWM était à 480 Hz (comme quand j'ai testé cette solution, voir mon post #27) la constante de temps du filtre (bien supérieure à 10 ms si on veut une forme de tension assez plate) devient incompatible avec le temps de réaction nécessaire

D'aitre part, il faut que le NE555 (c'est le circuit du premier driver puissance) accepte une tension d'entrée (au lieu d'une résistance) il y a une petite nuance que je n'ai pas encore vérifié (même si un pont diviseur résistif délivre une tension...). Si ce n'était pas les cas, l'utilisation d'un DAC (qui ne présente pas une résistance en sortie) ne changera rien car le la grosse majorité des DAC présentent une tension en sortie (il y a qq années bcp de DAC HIFI délivraient un courant... maintenant ils présentent une tension de sortie)

A propos du double FAN, il n'est pas utile étant donné que le tensioneur ainsi dimensionné ne chauffe pas ! mais comme je voulais économiser le convertisseur 24V /12V ET comme mes ventilateurs tournent très lentement et sont très silencieux => autant en câbler 2 en série pour fonctionner directement en 24V.

Ajouter le convertisseur 24/12V ou bien ajouter le 2nd ventilateur (upHere 120mm Ultra Silencieux 12BK3 vendu par 3 sur Amazon) ne me coutait que 4 euros dans les 2 cas, alors pour le même prix, autant utiliser 2 ventilateurs.

un petit example pour illustrer un des points dont je parlais au dessus pour donner une limite possible du remplacement d'une résistance (ou d'un potentiomètre) par un DAC

^{Figure 1. La plupart des alimentations CC fonctionnent dans le quadrant I, fournissant une tension et un courant positifs, ou dans le quadrant III, fournissant une tension et un courant négatifs.}

Une résistance (d'un pont diviseur de tension) ne peut travail seulement dans les quadrants 1 et 3 (selon la loi U = R x I => si on inverse le sens de la tension alors le courant s'inverse obligatoirement)

Tandis qu'un DAC (suivant sont étage de sortie) peut travailler dans les cadrans 1 et 2 si il est en mono tension (par ex alimenté en 0 et 5V) ou bien 1, 2 3 et 4 si il est en alimentation symétrique (-/+ 5V ou +/-15V)

Dans le cas qui nous intéresse, les tensions ne sont pas symétrique (il n'y a pas pas d'alim négative) dont il faut travailler dans le cadran soit dans le 1 ou bien dans le 1 et 2 (et le RC permet les deux car a tension positive il peut se charger ou se décharger)

LeboisVR a écrit :

Filtre RC j'avais essayé et ça n'avait pas marché

Comme ton post me turlupinais, j'ai fait une mesure rapide sur table

Le filtre RC fonctionne du premier coup ! Il délivre une tension analogique proportionnelle au rapport cyclique du PWM il n'y avait aucune raison qu'il ne fonctionne pas (sauf si à la place des sorties Totem-pole, il y avait eu des collecteurs (ou drains) ouverts, auquel cas il y avait une légère nuance...)

Par contre, comme évoqué au dessus, ce montage du NE 555 attend une résistance (ou un pont diviseur) ce qui est diffèrent d'une tension !

LeboisVR a écrit :

Autant utiliser un dac du coup

Non ! car, que cette tension soit délivré par un RC ou un DAC, c'est la même chose !

En fait, tu peux facilement vérifier / comprendre le problème avec un simple voltmètre

Il te suffit de mesurer la tension du curseur du potentiomètre du driver de puissance pour des rapports cycliques variables et surtout inferieurs à 35%... tu comprendra tout de suite ! )

(si tu n'as pas le temps je te donne le résultat de la manip => pour les faibles rapports cycliques que nous utilisons en majorité, la tension reste à zéro car le montage de ce driver attend une résistance)

Donc, je garde le RC qui est linéaire sur toute la plage de conversion du rapport cyclique 0% à 100% => 0V à 5V

MAIS j'ajoute ça :

ça fonctionnera c'est certain !! (même si ce PWM travaille autour de 50Khz au lieu de 25KHz)

Sur le RC j'ajouterais une deuxième résistance avec une diode pour que la tension de relâchement (ou de redescente de la consigne soit un peu plus lente) ainsi on aura le "pet" lors d'une collision frontale (à la montée) mais avec une relâchement du tensioneur un peu plus lent.

Et surtout il y aura aussi un petit filtrage qui lissera la commande du fait de la constante de temps du filtre RC

@ bientôt les amis

je vous donne RDV dans quelques semaines pour comparer les 2 versions de ce tensioneur upgradé

Je reviens ici parce que je viens juste d'étudier en détail la carte driver PWM (je ne l'avais pas fait ! je m'étais contenté de suivre le tuto...)

Je pensais que le NE555 servait d'Astable ou de Monostable pour fabriquer le signal PWM mais en fait pas du tout !!

Le signal PWM est fabriqué car ce petit micro contrôleur chinois dédié à la commande moteur

Le potentiomètre est routée sur la broche 20 de celui-ci (voilà pourquoi Lebois a eu le problème avec le RC et le DAC ni changera rien !)

Mais alors... à quoi sert le NE555 ?... bonne question !!!...

En fait le signal PWM fabriqué par le uP est routé à travers une résistance de 4.7K vers la broche RESET du NE555 ET l'entrée 6 du NE555 est mise au 12V pour rendre la temporisation inopérante !

Donc, seule la dernière bascule du NE 555 est utilisée pour booster le faible signal qui sort du uP (5V avec quelques mA seulement) en un signal 12V puissant (200 mA pour un NE555 !)

Le NE555 ne sert que de driver de MOS économique, c'est astucieux !!!

MAIS alors pourquoi ne pas l'utiliser ! ça éviter de couper la piste car il suffit d'enlever la résistance de 4.7K

ET surtout, le schéma est plus "propre" car cela soulage l'Arduino et corrige le problème de la faiblesse de sa commande ! j'avais noté sur mes premiers relevés un plateau miller assez significatif sur la commande des MOS (voir en page 1 au post no #11 le problème de l'effet miller)

En gros, il y a 2 type de pertes dans un MOS de découpage :

1) pertes par commutation : l'effet miller augmente les pertes par commutations

2) pertes par conduction : une commande trop basse en 5V peut augmenter les pertes par conduction (si le seuil Vgsth du MOS est un peu haut)

(cela dit, ce n'était pas le cas chez moi puisque mon tensioneur ne chauffait mais bon...)

Ci-dessous la commande des MOS en 5V (sous 40 mA maxi) qui vient de l'Arduino (on peut voir les marches d'escalier appelées "plateaux miller" autour de 5v)

Ci-dessous (sur le même calibre de l'oscilloscope) la commande des MOS en 12V (sous 200 mA maxi) qui vient du NE555 (le plateau miller à disparu)

Ci-dessous, voilà l'ancien montage, la piste provenant de la sortie (pin 3) du NE555 est coupée. En fil blanc, le signal PWM issu de l'Arduino ne profite pas de "l'étage de puissance" du NE555 car arrive après celui-ci.

[url=https://zupimages.net/viewer.php?id=23/43/2d34.jpg][/url

Ci-dessous, voilà comment câbler le signal PWM de l'Arduino en AMONT du NE555 :

On peut déconnecter le potentiomètre devenu inutile (puisque la consigne du driver ne vient pas de lui mais de SimHub)

MAIS ne faut pas oublier :

1) le petit pont M/A (juste en dessous du NE555 en fil blanc sur la photo du dessus ou bien en rouge/noir en dessous)

2) la résistance CMS série de 4.7K que j'ai enlevé pour isoler la commande uP MAIS qui a été recâblée sur la commande Arduino (coté Arduino pour plus de facilité)

Voilà sur le fil rouge (signal PWM Arduino) la résistance série replacé ici pour plus de facilité (elle est équivalente à la résistance série qui a été enlevé pour isoler la commande PWM issue du uP sans avoir à couper de piste du CI)

(au passage, j'ai baissé sa valeur à 3.3K mais vous pouvez laisser 4.7K (ou moins si vous voulez) ça ne fera qu'un ou deux mA pour l'Arduino suivant sa valeur.

Voilà ! C'est TERMINE pour l'optimisation de ce tensioneur !!!

(s'il y a des choses que vous n'avez pas comprises, n'hésitez pas à me contacter directement, l'électronique de puissance est mon domaine, je l'ai enseigné et ce sera avec plaisir !)

RDV pour comparer avec mon 2eme tensioneur qui utilisera un filtrage RC (avec 2 constantes de temps pour avoir un temps de relâchement / relaxation légèrement allongé)

(Je viens juste de commander le CI PWM, il sera dans 2 semaines environ...)

L'astable et le monostable sont les 2 applications principales du NE555

quand on utilise un NE555 c'est a 99% pour faire un astable ou un monostable (et un PWM est un peu mix des deux... même si l'image du comparateur avec une rampe de tension est plus juste)

Donc pour définir simplement ces montages :

1) le monostable à un seul état stable => après armement, il génère une tempo... puis revient à son état stable

2) l'astable n'a aucun état stable => c'est un oscillateur (en continu)

3) enfin il y a le bi-stable mais qui ne concerne pas le NE555 (2 états stables => c'est une bascule logique)

Mon domaine est l'électronique de puissance, faire un driver est faisable parce que dans le cas de notre tensioneur il n'y a pas de retour ou d'asservissement

et avec ce tensioneur, il y a pas pas de protection non plus, donc c'est basique et faisable

Cela dit, je travaille sur des alims à découpage (à l'époque j'en ai conçu) ce n'est si simple, c'est comme un bon ampli classe D (si tu le fais en discret, il faut maitriser !)

Un driver destiné a commander un moteur pas à pas sera un peu complexe, il y a plusieurs bobinages et chaque bobinage ne peut pas être commandé par un seul "interrupteur" au minimum il faut un demi pont (un bras d'onduleur cad 2 interrupteur) et le plus souvent un pont complet (cad 4 interrupteur synchronisé) pour les faibles puissance qui utilisent un circuit intégré "qui fait tout" il suffit juste recopier la note d'application... mais pour les fortes puissances ET si la commande est en micro-pas, là c'est chaud !

Et pour commander un servo-moteur, il y a un asservissement (avec 1 ou plusieurs rebouclage même) la régulation peut être peaufinée suivant les 3 composantes PID (tandis que l'asservissement de la commande n'est pas obligatoire avec les 2 topologies précédentes) là, ça se complique !

J'ai de meilleure illustration pour représenter un PWM au travail, mais là, je n'ai trouvé que celle-là

Le triangle jaune est un comparateur de tension

Le signal vert peut être un signal triangulaire ou une rampe (c'est interne au composant)

En bleu, c'est l'entrée ou la consigne qui vient de SimHub

En rouge le signal de sortie du PWM

Il y a aussi pas mal de tripaille autour mais là c'est un principe ultra simplifié !

Puis ce signal PWM va sur un driver de MOS (pour booster la commande des MOS)

Apres ce "driver" il y a les MOS de puissance suivant plusieurs configuration :

- soit en interrupteur simple

- soit en bras d'onduleur pour un bobinage (un demi pont avec 2 MOS / interrupteurs ou bien pont complet avec 4 MOS / interrupteurs qui permet d'inverser le sens)

- soit en plusieurs bras d'onduleur pour plusieurs bobinages (comme par ex un moteur triphasé)

MAIS surtout il ne faut pas oublier les diodes de roue libre, car on attaque des charges inductives qui se chargent et doivent aussi pouvoir se décharger (à travers la roue libre)

En effet sur une très courte période, une inductance doit maintenir son courant => si on l'en empêche alors elle génère une surtension pour l'imposer ! (donc pas question d'ouvrir le MOS sans assurer un chemin d'écoulement possible du courant de l'inductance)

Donc, si il n'y a pas de roue libre pour écouler ce courant, la surtension générée (par la variation de courant de la charge inductive) provoque la casse...

Généralement on ajoute une relecture du courant (par un shunt ou une très faible résistance de pied par ex)

Cette lecture du courant peut servir a 2 choses :

1) une protection si le courant est trop fort (on commande une bistable qui mémorise une disjonction)

2) une asservissement ou régulation qui consiste à faible une 2eme boucle de régulation (la première étant celle de l'illustration du dessus) cette 2eme boucle est interne au PWM et elle module aussi le rapport cyclique du signal PWM (comme la première boucle)

Voilà sans entrer dans les détails, une explication un assez grossière de quelques principes de bases (mais il y a plusieurs topologies que je ne peux pas décrire facilement)

J'ai réalisé mon second tensioneur en mettant en oeuvre le principe de filtrage analogique pour améliorer le GT V3 initial (j'ai dû recommander qq composants, cela m'a pris un peu de temps...)

J'ai aussi simulé le principe d'un filtrage dissymétrique dans le but de ralentir la libération de la contrainte après une montée de tension plus rapide voir ci-dessous :

Les valeurs sont arbitraires, il s'agit juste de vérifier le principe d'un filtrage dissymétrique avec :

- filtrage moins fort à la montée pour réaction rapide du tensioneur lors du choc frontal (par exemple)

- filtrage plus fort à la descente pour ralentir le "relâchement de la ceinture".

Avec 2 diodes, le principe fonctionne :

- R1 (à travers D1) détermine la charge de C1 => le temps de monté

- R2 (à travers D2) détermine la décharge de C1 => le temps de descente

MAIS l'introduction de seuils de diodes autour d'un demi volt est trop important au regard de la faible dynamique totale du signal, surtout pour la décharge du RC qui ne redescend pas en dessous d'un demi-volt à cause du seuil de D2 => créer d'un offset.

=> Comme je souhaitais rester sur des choses simples : filtre passif à câbler (en l'air), je n'ai pas retenu cette solution qui - pour bien faire - nécessiterait l'utilisation d'un circuit actif avec un câblage plus complexe...

Cela dit, le principe du filtrage RC (avec des constantes de temps de filtrages de montée et de descente symétrique) fonctionne très bien

Avec une constante de temps de 1 ms (produit RC de 1K et 1uF par ex) on intègre sur 25 périodes du PWM ! (puisque le PWM est à 25 KHz) avec une retard parfaitement acceptable (1ms)

Le signal analogique obtenu me sert à piloter la carte PWM à 2 euros que j'avais proposé au-dessus

Ce PWM fonctionne 2 fois plus vite (50 KHz) => il est nécessaire de travailler au dessus de 20 KHz pour ne pas avoir le nuisance sonore (comme avec les moteurs pas à pas par ex)

50KHz présente même un avantage pour lisser le courant dans l'inductance du moteur !

Si certains souhaitent réaliser ce tensioneur "GT V4", peut-être que je devrais ouvrir un nouveau sujet plus clair car il commence a y avoir pas mal de différence avec le GT V3 initial.

Voilà mes 2 versions de tensioneurs

Ce sont 2 upgrades du GT V3 de Lebois que je j'ai choisi parce qu'il est simple...puissant (moteur 350W)... et économique (150 euros)

("simple" mais il y a un peu de travail quand même ! j'y ai passé un peu plus de temps que prévu)

Notez que le second tensioneur ne met en œuvre qu'un seul ventilateur (à mon avis c'est suffisant)

Il y avait 2 ventilateurs sur le premier pour économiser le convertisseur 24V / 12V en câblant mes 2 ventilateurs 12V en série pour faire 24V (car j'avais les ventilateurs dispos)

Cela dit, l'alimentation 24V dispose d'une sortie 12V pour alimenter son propre ventilateur 80 mm, j'ai connecté mon ventilateur 120 mm à la place du petit 80 mm d'origine

le ventilateur 12 V d'origine consomme 100 mA... mon ventilateur 120mm consomme 130 mA mais ça passe nickel ! => donc on peut économiser le convertisseur 24V => 12V en utilisant la sortie 12V déjà prévu sur la grosse alimentation.

J'ai aussi eu l'idée d'une 3 eme évolution du tensioneur (j'en parlerais à la fin...)

Le premier tensioneur (noir) utilise le PWM à 25 KHz de l'Arduino.

L'évolution consiste en une amélioration de la commande les MOS de puissance en évitant la faiblesse de la commande de l'Arduino (d'amplitude 5V avec seulement une 40 mA maximum maximum !).

Cette faible commande entraine les décrochages sur la partie haute (autour de 5V) appelées "plateaux miller" qui entraînent des pertes par commutation dans les MOS.

D'autre part, si le seuil Vgsth des MOS est haut, les pertes par conduction sont aussi augmentés avec une commande en 12V.

Ci-dessous (sur le même calibre de l'oscilloscope) la nouvelle commande des MOS en 12V (sous 200 mA maxi) qui vient du NE555, le plateau miller à disparu, il y a ne diminution des pertes du MOS (pertes par commutation et par conduction)

Pour mettre en œuvre cette commande amélioré on évite de couper la piste du PCB située entre le NE555 et les MOS de puissance (voir la photo posté au post #48)

Par contre, le signal PWM est introduit juste avant le NE555 (au niveau de 4.7K la résistance à dessouder, voir la photo ci-dessous)

Le second tensioneur (gris) utilise la carte PWM à 50 KHz Aliexpress à 2 euros visible sur mon post no #45

L'objectif est de mettre en oeuvre un filtrage analogique passe bas du signal (par le biais d'un intégrateur RC qui va récupérer la valeur moyenne du signal de l'Arduino pour commander la carte PWM à 50 KHz)

L'idée était aussi de rendre des réglages possibles par potentiomètre... (je ne l'ai pas fait pour le moment mais c'est possible...)

La constante de temps de mon intégration actuelle est légèrement supérieure 2 ms (comme le PWM de l'Arduino tourne à 25KHz, j'intègre sur un bonne cinquantaine de pulses)

Mais je pense pouvoir augmenter la constante de temps filtrage jusqu'à 10 ms sans qu'un retard de l'ordre du centième de seconde soit perceptible ou réellement pénalisante vis à vis du temps de réponse de la mécanique et du système complet...

En fait, l'idée du filtrage était de lisser la commande en dent de scie (la flèche jaune) qui représente la tension de la sangle dû au limiteur de vitesse avant le départ (j'ai volontairement accentué les oscillations sur ce screenshot avec les réglages SimHub)

Ces "saccades" ou "à-coup" sont confirmés par Marc_63 puis par Banfy211 et visible sur la video d'Eden :

MAIS Lors des premier test pratique, j'ai réalisé que je ne pourrais pas éliminer ces périodes d'oscillations de 250 ms avec un filtre de constante de temps de seulement quelques ms (en fait, c'était évident ! mais je n'y avais pas pensé !!)

Donc, j'ai augmenté le filtrage :

- j'ai augmenté la constante de temps du RC et je vais faire un essai avec un bonne dizaine de ms...

- j'ai aussi utilisé une interface mécanique avec un sandow rouge doublé (dont je peux ajuster la longueur / raideur) voir photo ci-dessous :

L'idée est de réduire le claquement de la sangle car le tensioneur initial utilisais un câble de vélo trop rigide (mais en conservant une tensioneur suffisamment ferme et réactif bien sûr !)

Ce filtrage mécanique + électrique ne peut pas supprimer le phénomène "d'a-coup" du limiteur MAIS le but est d'adoucir l'effet "trop sec" pour le rendre plus réaliste...

Il s'agit d'un compromis et celui-là me paraît correct.

pour réaliser le tensioneur gris

- avec filtrage

- et avec possibilité de réglage de la force et du filtrage avec 2 potentiomètres

il faut câbler comme ça :

on sort le PWM de la broche 9 de l'Arduino à travers une résistance de 2.2K série (voir coté Arduino)

et on entre sur le condensateur jaune de 1uF (ou plus... jusqu'a 4.7uF) en parallèle sur l'entrée de la carte PWM

(cela constitue le filtre intégrateur de constance de temps R x C)

ATTENTION : Sur les 2 photos ci-dessus, la carte PWM à 50 KHz est alimenté à partir d'un 12V que j'ai récupéré (via la paire torsadé rouge / noir) sur le convertisseur Buck de la carte puissance

MAIS ce convertisseur est dimensionné au plus juste

=> ma consommation supplémentaire pose qqfois problème avec le courant d'appel au démarrage

=> en final, j'ai ajouté un convertisseur 24V / 12V visible sur la photo d'ensemble ci-dessous :

Concernant la puissance de l'alimentation 24V, il ne faut pas hésiter à la surdimensionner et le meilleur choix semble être 600W car :

- jusqu'à 600W les prix restent très raisonnables (j'en ai trouvé à moins de 25 euros !!!)

- 600W correspond à 25A (courant que l'on peut dépasser en cas de blocage du moteur avec un PWM > 50%)

En effet, le moteur à courant continu se comporte quasiment comme un court-circuit lorsqu'il est bloqué !

Cela dit, 25A est un courant suffisant pour fonctionner normalement (même moteur bloqué !) dès lors que le rapport cyclique du PWM ne dépasse pas 50% (donc il faut ajuster la force dans simHub pour qu'elle corresponde au rapport cyclique de 50% maximum).

Si vous n'avez pas le moyen de mesurer le rapport cyclique, dans SimHub, il faut placer tous les gains génériques à 100% et ajuster la puissance de l'effet de décélération en dessous de 50% (cela évite de devoir calculer deux tiers de la moitié des trois quart !!... par ex). On obtient directement le rapport cyclique maximum du PWM avec le gain de l'effet de deccelération.

Avec un rapport cyclique < à 50% la force est suffisante ET il n'y a pas de trou dans la commande du tensioneur, parce que, même moteur bloqué, on reste en dessous de la limitation de courant (=> pas de déclenchement de la protection en courant de l'alim)

Pourquoi ? parce qu'avec un PWM, la forme de la tension et carré et la forme courant dans une inductance ou dans le moteur est triangulaire

Pour illustrer voilà une courbe possible de démarrage avec un rapport cyclique à 50%

- en bleu la tension

- en rouge clair le courant (avec l'ondulation quasi triangulaire)

- en rouge foncé une valeur calculé moyenne du ciourant

Dans la réalité, les pentes de croissance et de décroissance sont variables et elles sont dépendantes de la tension appliquée à l'inductance mais en simplifiant :

=> Si le rapport cyclique est supérieur à 50%, la partie croissante du courant sera plus longue / grande que la partie décroissante

=> il y a risque de diverger vers le haut jusqu'au déclenchement de la protection courant

Cette protection en courant entraîne un trou (voire un arrêt du tensioneur suite au plantage possible de l'Arduino du fait du parasite généré lors de cette disjonction... c'est là, que j'ai eu l'idée de ma 3eme version de tensioneur !!!.... MAIS je garde ça pour un autre jour...)

D'autre part, pour limiter au maximum les perturbations à chaque démarrages (appel de courant => di/dt) je vous conseille de d'ajuster la variable de tempo du relais ON/OFF au plus long ! cad à 32.000 (car cette variable de l'Arduino doit être un entier signé de +/- 32.768 ou 16 bits avec signe +/-)

Plus cette tempo est longue => moins il y a de redémarrage générateur de forts di/dt qui peuvent perturber/parasiter

(j'ai tenté 65.000 mais la tempo devient infini)