Ventilateur 12V DC sur PWM 24V

Espace de discussion libre autour de thèmes chers aux radiofilistes. Convivialité, courtoisie, bon sens et bonne humeur sont particulièrement appréciés...

Modérateur: ModeR

Re: Ventilateur 12V DC sur PWM 24V

Messagepar Raffou » Mer 21 Nov 2018 01h10

Si la tension en sortie est dépendante du gain du darlington, c'est que le courant base qui traverse R2 n'est pas négligeable et occasionne une chute de tension conséquente dans celle-ci.

Une solution : fournir le courant base à travers un LM311, ce qui permet en même temps de remplacer le filtre R2/C1 du 1er ordre par un filtre du 3ème ordre sans condensateur chimique.

MotorPWM2.PNG

La fréquence de coupure du filtre est voisine de 2 Hz, ce qui assure une atténuation proche d'une quarantaine de dB à 8 Hz.
Image
Raffou
 
Messages: 431
Inscription: Jeu 15 Mai 2014 18h17

Re: Ventilateur 12V DC sur PWM 24V

Messagepar Janpolanton » Mer 21 Nov 2018 10h23

Bonjour à tous,

@Raffou

Intéressant mais je ne pourrai pas simuler ce schéma, le modèle de LM311 sous LTspice ne disposant pas de la sortie émetteur.

Il y aurait bien le LT1011 (représenté sur le schéma) compatible broche à broche...

Une idée?

24 to 12 lm311.jpg
2 pattes c'est une résistance, 3 pattes c'est un transistor, 4 pattes, c'est une vache...
Janpolanton
 
Messages: 2022
Inscription: Ven 13 Mar 2015 11h05

Re: Ventilateur 12V DC sur PWM 24V

Messagepar Raffou » Mer 21 Nov 2018 12h08

Bonjour à tous, bonjour JP.

Le LT1011 est une version améliorée du LM311 donc il devrait pouvoir lui être substitué facilement. L'ambigüité réside dans le fait que le transistor flottant en sortie est oblitéré dans le symbole du LT1011, son collecteur est rebaptisé sortie "OUTPUT" et son émetteur devenu une masse "GND".

J'ai complété le dernier schéma et numéroté les pins du comparateur, j'ai fait de même avec le symbole du LT1011 pour qu'il n'y ait pas d'ambigüité.
A l'instar des darlingtons intégrés genre TIP120 et consorts qui intègrent des résistances en // sur les jonctions base/émetteur, j'ai ajouté la résistance R0 en // avec la jonction concernée de Q2. La valeur de 1K a été choisie empiriquement en espérant ne pas trop pénaliser le gain en courant du darlington.

MotorPWM3.PNG
Image
Raffou
 
Messages: 431
Inscription: Jeu 15 Mai 2014 18h17

Re: Ventilateur 12V DC sur PWM 24V

Messagepar Janpolanton » Mer 21 Nov 2018 15h39

Bon! ça ne fonctionne pas. Le modèle spice ne le permet manifestement pas.
Je vais rester sur mon schéma d'origine pour le diffuser à la communauté de printers.
2 pattes c'est une résistance, 3 pattes c'est un transistor, 4 pattes, c'est une vache...
Janpolanton
 
Messages: 2022
Inscription: Ven 13 Mar 2015 11h05

Re: Ventilateur 12V DC sur PWM 24V

Messagepar Janpolanton » Mer 21 Nov 2018 17h02

J'ai trouvé un autre modèle spice qui "marchotte" mais est très sensible aux valeurs des composants en particulier à R9 (plus de fonctionnement au delà de 2k).
Mais ça fait fonctionner les neurones... :lol:

24 to 12 lm311.jpg
2 pattes c'est une résistance, 3 pattes c'est un transistor, 4 pattes, c'est une vache...
Janpolanton
 
Messages: 2022
Inscription: Ven 13 Mar 2015 11h05

Re: Ventilateur 12V DC sur PWM 24V

Messagepar Raffou » Jeu 22 Nov 2018 01h00

@JP, pourquoi C3 = 10 µF et chimique de surcroît? Une erreur de copier/coller?
Avec une telle valeur la courbe de réponse avec sa bosse a l'allure de celle de Chebychev et l'atténuation à 8 Hz frise les 50 dB.

Filtre0.PNG


Quant à moi, j'ai commis une erreur en reportant la valeur d'un condensateur, ce qui a faussé la valeur des résistances du filtre.
J'ai utilisé une première feuille de calcul pour obtenir le meilleur compromis entre des capacités élevées qui devaient rester raisonnables pour des condensateurs film plastique et les valeurs des résistances associées qui devaient être les plus faibles possible.

Filtre1.PNG


J'ai recopié les valeurs des deux premiers condensateurs dans une deuxième feuille pour obtenir les valeurs normalisées E24 optimales des résistances et les courbes correspondantes. C'est à ce moment là que j'ai fauté en omettant le chiffre après le point décimal dans la valeur du 1er condensateur.

Filtre2.PNG


Les valeurs obtenues après correction:

Filtre3.PNG


Les valeurs des résistances se retrouvent modifiées, au niveau du schéma on devrait avoir:
R1 ---> R5 = 62 kΩ
R2 ---> R8 = 200 kΩ
R3 ---> R6 = 62 kΩ
C1 ---> C2 = 1,5 µF
C2 ---> C3 = 2,2 µF
C3 ---> C1 = 0,22 µF

Réflexion faite, on devrait pouvoir encore minorer la valeur des résistances du filtre. Les valeurs suivantes proposées pour C2, C4 et C6 dans la première feuille sont respectivement 3,3 µF, 4,7 µF et 470 nF.
On ne peut espérer aller au-delà, avec ces valeurs de 3,3 µF et 4,7 µF on atteint la limite supérieure de ce qui est disponible en film plastique ou bien en céramique multi-couches sous un faible encombrement.

Avec ces 3 nouvelles valeurs pour les condensateurs, on obtient les valeurs de résistances suivantes pour la même fréquence de coupure de 2 Hz.
R1 ---> R5 = 27 kΩ
R2 ---> R8 = 91 kΩ
R3 ---> R6 = 27 kΩ
C1 ---> C2 = 3,3 µF
C2 ---> C3 = 4,7 µF
C3 ---> C1 = 0,47 µF

Toujours avec ces mêmes condensateurs mais pour une fréquence de coupure de 1 Hz on obtient une atténuation de plus de 50 dB à 8 Hz.
R1 ---> R5 = 56 kΩ
R2 ---> R8 = 180 kΩ
R3 ---> R6 = 56 kΩ
C1 ---> C2 = 3,3 µF
C2 ---> C3 = 4,7 µF
C3 ---> C1 = 0,47 µF
Image
Raffou
 
Messages: 431
Inscription: Jeu 15 Mai 2014 18h17

Re: Ventilateur 12V DC sur PWM 24V

Messagepar Janpolanton » Jeu 22 Nov 2018 09h15

Bonjour à tous, bonjour Gérard,

Je rebondis avec la valeur de 10µF. Je l'ai augmentée parce que la simulation ne fonctionnait pas, c'était simplement pour valider le modèle spice du LM311.

C'est pour cette raison que j'avais dit que le schéma "marchottait"... :mrgreen:

J'ai trouvé un modèle spice d'un LM111 qui fonctionne parfaitement.

Alors, j'ai refait plusieurs simulations.
Déjà, le Darlington ne sert à rien, un simple BD13x fait très bien le job.

Avec une fréquence de coupure de 2Hz, l'ondulation du signal est trop importante (environ 2V)

24 to 12 lm111_1.jpg


Avec une fréquence de coupure de 1Hz, c'est parfait avec une ondulation de 250mV

24 to 12 lm111_2.jpg
2 pattes c'est une résistance, 3 pattes c'est un transistor, 4 pattes, c'est une vache...
Janpolanton
 
Messages: 2022
Inscription: Ven 13 Mar 2015 11h05

Re: Ventilateur 12V DC sur PWM 24V

Messagepar Raffou » Jeu 22 Nov 2018 15h12

Bonjour à tous, bonjour JP.

Si jamais la pratique imposait de remplacer le BD13x par un darlington intégré, cela ne poserait aucun problème de le faire sans avoir à modifier le circuit imprimé. Les darlingtons genre TIP1xx sont compatibles mécaniquement à condition de les retourner de 180°, en effet il n'y a que la base et l'émetteur qui sont inversés entre les deux modèles de boitier.

Darlington.PNG


Bien que l'ondulation résiduelle soit tout à fait acceptable avec un filtre coupant à 1 Hz, il reste néanmoins possible d'obtenir une atténuation plus grande avec une coupure à 0,5 Hz, ce qui porterait la valeur des condensateurs à 6,8 µF, 10 µF et 1µF. La solution de facilité serait d'employer des condensateurs chimiques, mais de telles valeurs existent cependant en céramique multi-couches MLCC avec un empattement aussi petit que 5,08 mm.

On aurait alors :
R1 ---> R5 = 51 kΩ
R2 ---> R8 = 180 kΩ
R3 ---> R6 = 51 kΩ
C1 ---> C2 = 6,8 µF
C2 ---> C3 = 10 µF
C3 ---> C1 = 1 µF
Et l'atténuation théorique à 8 Hz serait de l'ordre de -70 dB.
Image
Raffou
 
Messages: 431
Inscription: Jeu 15 Mai 2014 18h17

Re: Ventilateur 12V DC sur PWM 24V

Messagepar Janpolanton » Jeu 22 Nov 2018 16h13

Merci Gérard pour ces précisions.
J'avais de mon côté recalculé un filtre avec une FC à 0.5 Hz.
Par contre, j'avais fait le calcul avec 3 condos identiques de 1µF.
Effectivement l'ondulation résiduelle passe sous la barre de 5 mV.
Je préfère de loin la solution avec des capa chimiques beaucoup moins chers que les multi couches.

la réponse en fréquence avec les dernière valeurs de @Raffou

ac analysis.jpg


Je vais pouvoir faire mes essais sur table car j'ai tous les composants.
Pour la source PWM 24V, je me suis déjà câblé le petit montage tout simple autour d'un LM324 ci-dessous et qui fonctionne parfaitement :

géné PWM 24V_8Hz.jpg
2 pattes c'est une résistance, 3 pattes c'est un transistor, 4 pattes, c'est une vache...
Janpolanton
 
Messages: 2022
Inscription: Ven 13 Mar 2015 11h05

Re: Ventilateur 12V DC sur PWM 24V

Messagepar Janpolanton » Ven 23 Nov 2018 11h26

Bonjour à tous,

@Raffou,

Je reviens sur ce montage.
J'ai une précision concernant les fréquences PWM. En fonction des firmwares des différents modèles d'imprimantes, on peut avoir plusieurs fréquences de PWM, aussi bien 8 Hz que 122 Hz ou 490 Hz.

Curieusement, j'ai simulé ces différentes fréquences tout en gardant la FC à 0.5 Hz et ça fonctionne parfaitement et ça me convient...

Quelle est l'explication?

Exemple avec une fréquence PWM de 500 Hz DC 50% :

PWM 500hz.jpg
2 pattes c'est une résistance, 3 pattes c'est un transistor, 4 pattes, c'est une vache...
Janpolanton
 
Messages: 2022
Inscription: Ven 13 Mar 2015 11h05

Re: Ventilateur 12V DC sur PWM 24V

Messagepar Raffou » Ven 23 Nov 2018 14h07

L'explication est à contre courant de cette maxime "qui peut le plus peut le moins".
L'atténuation du filtre augmentant avec la fréquence, l'ondulation résiduelle diminue dans les mêmes proportions. C'est pourquoi on ne distingue plus que la composante continue avec une fréquence PWM de 500 Hz et certainement aussi avec celle de 122 Hz.
Le dépassement visible sur la courbe jointe est dû à la réponse impulsionnelle du filtre dont le temps de stabilisation est inversement proportionnel à sa fréquence de coupure.

Pour bien faire, il faudrait prévoir au moins deux fréquences de coupure, une très basse (≈0,5 Hz) pour les imprimantes à PWM 8 Hz et une autre au moins 10 fois plus élevée pour les deux autres modèles. Ce la peut se faire avec un impact minimal en conservant les mêmes valeurs de résistances mais en divisant celles des condensateurs par 10 par exemple.

Janpolanton a écrit:Par contre, j'avais fait le calcul avec 3 condos identiques de 1µF.
Comment est-ce possible sans augmenter le gain du filtre? La feuille de calcul impose alors un gain de 2 pour ce cas particulier, ce qui impliquerait de remplacer la zener D1 de 12 volts par une de 6,2 volts.

3C.PNG
Image
Raffou
 
Messages: 431
Inscription: Jeu 15 Mai 2014 18h17

Re: Ventilateur 12V DC sur PWM 24V

Messagepar Janpolanton » Ven 23 Nov 2018 14h29

Comment est-ce possible sans augmenter le gain du filtre? La feuille de calcul impose alors un gain de 2 pour ce cas particulier, ce qui impliquerait de remplacer la zener D1 de 12 volts par une de 6,2 volts.


Et pourtant...

PS : avec une Zener de 6.2V, je plafonne à 6V max.
capas 1uf.jpg
2 pattes c'est une résistance, 3 pattes c'est un transistor, 4 pattes, c'est une vache...
Janpolanton
 
Messages: 2022
Inscription: Ven 13 Mar 2015 11h05

Re: Ventilateur 12V DC sur PWM 24V

Messagepar Raffou » Ven 23 Nov 2018 17h19

En fait les feuilles de calcul proposent des comportements standards (Bessel, Butterworth, Tchebychev) tributaires de certaines contraintes (délai constant, gain constant, acceptation d'une ondulation) et en voulant rester dans la voie déjà tracée on passe à coté d'autres solutions possibles en étant moins exigent.

3C1u.PNG


Le filtre en question avec ses 3 condensateurs de 1µF et son gain unitaire reste bien un filtre passe-bas avec une atténuation de 60 dB par décade, il est même exempt de dépassement en réponse impulsionnelle.

Cette valeur de 1µF devrait permettre d'éviter des condensateurs chimiques. La valeur totale des résistances est relativement élevée (≈550 kΩ), la chute de tension occasionnée dans celles-ci par le courant de polarisation de l'entrée − du LM311 (<= 250 nA) est encore acceptable (<= 0,14 V), elle serait 10 fois moindre avec un LT1011 et son courant de polarisation <= 25 nA.
Image
Raffou
 
Messages: 431
Inscription: Jeu 15 Mai 2014 18h17

Re: Ventilateur 12V DC sur PWM 24V

Messagepar Janpolanton » Sam 24 Nov 2018 08h13

Bonjour à tous,
Raffou a écrit: ...elle serait 10 fois moindre avec un LT1011 et son courant de polarisation <= 25 nA.


Mais comme le LT1011 est 10 fois plus cher que son copain LM311, je vais limiter les frais.
2 pattes c'est une résistance, 3 pattes c'est un transistor, 4 pattes, c'est une vache...
Janpolanton
 
Messages: 2022
Inscription: Ven 13 Mar 2015 11h05

Re: Ventilateur 12V DC sur PWM 24V

Messagepar Raffou » Sam 24 Nov 2018 11h25

Janpolanton a écrit:Mais comme le LT1011 est 10 fois plus cher que son copain LM311


Il est certes plus cher à l'unité, mais ce n'est pas si évident que ça étant donné que certains ne sont disponibles que par quantité minimale. Surtout si l'on veut regrouper l'achat de tous les composants nécessaires chez le même fournisseur pour globaliser les frais d'expédition.

Par exemple chez RS-particuliers, en boitier DIP8 :
- Le LT1011CN8 à 2,54€ l'unité.
- Le LM311N à 0,73€ pièce mais par lot de 10.
Image
Raffou
 
Messages: 431
Inscription: Jeu 15 Mai 2014 18h17

PrécédenteSuivante

Retourner vers Causerie sans-filiste

Qui est en ligne

Utilisateurs parcourant ce forum: Google [Bot] et 3 invités