[débutant]Electronique Et Alimentation Hacheur

[pheonix59540]

Bonjour à tous !
Je voudrai m'initier en électronique et dans la programmation arduino, quoi de mieux qu'un exercice concret ?
J'ai repris les bases suivante comme la lois d'ohms ,les résistances équivalentes ,lois des nœuds et lois des mailles et j'ai commencé à m'intéresser au transistor Bipolaire ( commandé en courant) puis au Mosfet (commander en tension).
Mon sujet:
Créer un éclairage pour aquarium ,un éclairage puissant et "propre" dans le montage, propre dans le sens bon rendement et que la led ou groupe de led serait piloté par la suite via smartphone.
Donc dans un premier temps ,réussir à alimenter et piloter un groupe de 3 Leds de 1 ou 3w blanche (350 ou 700mA selon la led). L'alimentation en entrée serai du 24V DC.
Mes recherches mon amené aux alimentations par hachage et aux transistors.
J'ai compris la différence entre les bipolaires ,qui je pense commande plus des signaux, et les mosfet qui devrai être adapté pour justement piloter les leds.
Bon déjà ce n'est pas facile à mettre en place car j'ai eu un peu de difficulté à comprendre et employer la datasheet des transistors et avec un peu de recherche j'ai pris connaissance de ce qu'il fallait exploiter mais je me sens fébrile.
Ducoup vu que j'utiliserai un arduino (attiny85 dans la version finale) l'idée était de hacher l'alimentation 24v avec un transistor ,une diode roue libre avec inductance et condensateur pour arriver à la tension d'alimentation des 3 leds en dérivation et je pensais refaire un hachage de pilotage pour les dimmer de 0 à 100%.
l'arduino aurai été alimenté en 24v avec une résistance pour faire chuter la tension de façon à ce qu'ils soit alimenté correctement.
Et ... je pédale dans la semoule ,je regarde tuto en tuto ,vidéo en vidéo et j'ai pas trouvé ma méthodologie pour approcher le problème par le calcule ,je me demande aussi si mon idée de départ est réellement bonne aussi.
Voila donc si vous pouviez m'aider soit à me dire si je me plante ou pas et si oui ou non ,m'aider à aborder mon problème.
J'avais fait des simulations sur Proteus, mais c'est pareil je maitrise pas bien bien le logiciel donc je sais pas non plus si je me plante ou pas.
Pour le moment je voulais juste observer si j'arriver bien à convertir ma tension de 24v ,j'ai utilisé le programme suivant:

int broche_PWM = 3;
int Valeur_PWM = 200;
void setup() {
pinMode(broche_PWM, OUTPUT);
}
void loop() {
analogWrite(broche_PWM,Valeur_PWM);
}

Et sur le montage du hacheur je partage une capture de ce que j'ai fais.
Vu que j'étais un peu perdu je ne savais pas vraiment si il fallait une résistance ou non en sortie de l'arduino, pour moi non vu que ça se commande en tension, juste rajouter une résistance 10k entre la grille et la masse pour bien le commuter étant donné que le transistor à un "condensateur" si je dis pas de bêtise ?
Le programme plante ,donc je pense que j'ai fais une boulette dans le montage.

Merci de votre aide et de vos enseignements.

[vileroi]

Pour le programme
Je ne vois rien de suspect, cela devrait fonctionner. 3 remarques

• analogWrite(broche_PWM,Valeur_PWM); envoie toujours la même valeur, on peut aussi mettre cette instruction dans le setup et du coup ne rien mettre dans loop. Mais cela n'a pas un gros intérêt par la suite ou il faudra mettre presque impérativement analogWrite dans loop
• pinMode(broche_PWM, OUTPUT); ne sert strictement à rien, anologWrite initialise la broche en sortie. Mais comme personne ne le sait, tout le monde ferait pareil
• la page Les bonnes pratiques du Forum Francophone indique entre autre comment présenter le code pour que les vieux habitués puissent le lire (usuellement je ne lis pas les codes présentés comme le tien, cela me demande trop d'efforts; mais là il est court, ça passe).

Pour le hacheur

• Les courants que l'on utilise (pas d'électrostatique) on besoin d'au moins deux fils. Il faut donc entre l'arduino et le hacheur 2 fils: un pour la commande et un pour la masse (ce fil est absent)
• Pour que Q1 soit passant, il faut que la tension de grille (sortie de l'arduino) soit supérieur de quelques volts (entre 3V et 5V) à la tension de son émetteur (point entre Q1, D1, L). En gros cela ne fonctionne que si la tension de sortie est de l'ordre de 2V, et pour cette tension de sortie une LED est éteinte.

[vileroi]

propre dans le sens bon rendement

Donc dans un premier temps ,réussir à alimenter et piloter un groupe de 3 Leds de 1 ou 3w blanche (350 ou 700mA selon la led).

Pour moi il y a une incompatibilité entre ces deux phrases. Ce que l'on ne dit pas sur les LED c'est que plus une LED chauffe plus son rendement diminue. Je me suis amusé à faire des test sur des rubans LED. Si le courant est faible, le rendement est bon, mais cela n'éclaire rien. Puis on augmente le courant (ou la tension). L'éclairement augmente presque proportionnellement. Un certain courant
donne le maximum de lumière puis si on continue d'augmenter le courant, la LED s’échauffe trop, le rendement chute de façon importante et l'éclairement baisse.

(article complet sur Strip led )

Voici par exemple un tableau issu d'un marchand chinois qui vend des leds de 1W et 3W:

En multipliant la puissance par 3, on multiplie le flux par 2,6

De façon général, si on veut un éclairement avec le meilleur rendement possible, en plus de choisir les leds de haut rendement, il faut avoir plus de LED. Il vaut mieux 30 leds de 0,1W qu'une seule de 3W

Le problème du PWM direct
(que tu n'utilise pas sur tes leds qui sont alimentées en continu)
son gros avantage est que son rendement est proche de 100%, mais il fait travailler les leds à 100% ou a 0%, et le rendement n'est pas optimal à cause des leds. Une régulation linéaire peut être meilleure.

Les LEDs en dérivation
C'est à éviter car si elle ne sont pas faites en même temps, il est possible que l'une s'allume à son maxi et que celle d'à côté n'éclaire que peu, la tension étant trop faible pour elle. Si il y a plusieurs LEDs, il faut les mettre en série ou mettre une résistant d'équilibrage (ce qui est fait dans les rubans LED et qui consomment 25% de la puissance).

Pour avoir le meilleur rendement
La commande des LEDs se faisant en courant et pas en tension, il faut une alimentation qui puisse délivrer le courant que l'on souhaite. Cela évite les résistances série qui perdent une partie de la puissance.

[pheonix59540]

Merci pour tous les détails,
Pour le mosfet j'étais pas sur justement d'avoir compris le souci de tension de sortie.
Il faudrai que je regarde à nouveau la datasheet mais au pire il est peu être possible d'apporter plus de tension sur la grille via un transistor bipolaire sortie d'arduino qui commande le mosfet via les 24v (ajusté via une résistance)
Pour les leds de 1 et 3 w j'en ai besoin car j'ai un gros aquarium et j'aimerai faire un éclairage adapté pour "taper le fond" et donc il me faut des leds plus puissante.
Après effectivement y a beaucoup de perte à effet joule.
Pour le pilotage des 3 leds c'est soit en série soit reproduire plusieurs fois le circuit par led ducoup.
Je vais faire plus de recherche sur les alimentations à courant constant.
J'avais compris que le PWM était bien dans le sens ou la led reçoit la bonne tension et le bon courant dans le temps et en faisant varier cette pulsation on conserve le bon spectre et on à un meilleur rendement qu'en ajustant la tension, c'est bien ça ?
Parcontre je n'ai pas compris pourquoi tu me conseil pas le pwm ducoup.

Pour revenir sur le programme, c'était juste pour diminuer la tension du hacheur de façon fixe, et ducoup je comprends l'inutilité de programmer si les variables sont rentrée et n'ont pas besoin de bouger, c'était juste pour voir le résultat, et ducoup je ferai aussi attention à bien connecter l'arduino à la masse , je pensais que Proteus le gerait de façon autonome.

Merci pour ton analyse et tes explications, ça m'aide et c'est moins flou

[vileroi]

A propos des mosfet, je n'ai pas vu depuis longtemps utiliser les irgb. Ils ont une entrée comme un fet, c'est souvent un avantage car les sorties des arduinos sont en tension, mais leur sortie est bipolaire, ce qui fait qu'à la conduction on perd de l'ordre d'un volt. Du coup pour quelques ampères, le transistor chauffe et il faut un radiateur. De plus en plus on conseille actuellement le IRLZ44N qui a une tension de seuil faible compatible avec les arduinos, et une résistance On de l'ordre de 0,03Ω, qui fait que pour 5A on n'a pas encore besoin de radiateur.

Mettre au point ce type de hacheur n'est sans doute pas aussi simple. Il faut qu'il soit en boucle fermée, le faire fonctionner à vide peut faire apparaitre des tension de sortie de plus de 100V. Si beaucoup utilisent les montages traditionnels, c'est que le fonctionnement est simple à mettre en oeuvre, même si le rendement est inférieur. Si tu étais calé en électronique, ce serait une bonne solution, mais même moi, je ne me lancerai pas facilement dans un hacheur en courant à composant discrets.

Pour ce qui est du rendement, passer par des LED et perdre 25% de la puissance dans la commande sera de toutes façon meilleur que d'utiliser des tubes fluos ou des filaments.

Si tu as besoin d'une LED de 3W, il vaut mieux utiliser 3 LEDs de 1W... Et comme pour un éclairage uniforme, les rubans sont intéressants, il est plus rentable d'avoir un ruban de 60 leds qui demande 3W qu'une seule LED de 3W (même puissance, mais le flux lumineux sera supérieur); Sauf si la LED 3W est une LED à haut rendement.

Le problème du PWM est qu'il délivre la tension maximale ou rien alors que pour améliorer le rendement il vaudrait mieux une tension le plus continu possible. Mais il est possible d'utiliser le PWM classique et de filtrer avec la self et un condensateur pour alimenter les LEDs avec la valeur moyenne. Mais personne ne le fait, cela doit gagner 5% ou 10% de rendement seulement.

C'est un peu comme si par soucis écologique chaque famille devait disposer de 3 voitures, une pour faire les courses (1 ou 2 sièges, petit coffre, peu d'autonomie), une pour se promener en famille (4 sièges) et une pour les vacances (4 sièges, grand coffre).

[pheonix59540]

Hello ,
Tout d'abord, Merci encore de tes explications.
Je me suis permis de regarder l'article qui faisait référence au led et de fil en aiguille je suis tombé sur l'expérimentation assez complète sur l'alimentation simple d'une led en DC ou en AC.
Le montage final parlais justement des transistors Bipolaire et j'ai enfin compris comment en utiliser un avec la documentation.
De plus j'ai aussi compris l'interêt du montage en Darlington ,de faire baisser les ampères en multipliant le gain.
De ce fait avec une simple led blanche de 1w avec une tension de 3.2v et 350mA et l'utilisation d'un transistor Bipolaire TIP122 j'ai réussi à établir un circuit. Donc sortie arduino ,une résistance de 6.8K Ohms pour faire chuter une tension de 2,38v pour un courant de 0.00035A.
Mon projet serai adapté pour des aquariums avec une profondeur imporante et de ce fait j'ai réellement besoin d'avoir des leds de 1 et 3w pour pouvoir éclairer jusqu'au fond ,avoir des leds de 0.25w n'aurai pas les mêmes résultat même si plus économique hélas.
Et le faire varier en PWM même si j'ai bien compris que je perds en rendement ,me permettrai de garder ma longueur d'onde intacte et en aquariophilie c'est ultra important.
Je n'ai pas ré étudié le principe avec un fet , il faut que je me repenche dessus maintenance que j'ai bien compris l'utilisation d'un transistor bipolaire.
Maintenant je n'ai plus qu'a me pencher sur l'utilisation d'une alimentation à courant constant alors pour l'alimentation de la led ?

[pheonix59540]

Je viens de zieuter la documentation du IRFZ44N pour alimenter une led de 3.2v il faudrai que j'applique une tension de 5.2v de ce fait à la grille ?
Le pilotage et la régulation s'effectuera en tension, de ce fait je pourrai amener une tension de 24v sans régulation ?
Il faut juste que l'alimentation puisse fournir la puissance nécessaire ?
Ducoup pour piloter je devrai juste utiliser un transistor bipolaire en amont genre 2n2222 ?
Et de ce fait la tension de sortie pourrai être régulé avec une simple résistance ?

[vileroi]

@pheonix59540

Je viens de zieuter la documentation du IRFZ44N pour alimenter une led de 3.2v il faudrai que j'applique une tension de 5.2v de ce fait à la grille ?

C'est pour cela que le IRLZ44 est plus intéressant. Le Vgs qui permet la saturation est plus basse et est pilotable directement par une Arduino. Sur ce forum, on déconseille le IRFZ.

Mettre un deuxième transistor pour le commander c'est possible si on a un tiroir plein de IRFZ. En prenant le bon transistor dès le départ, c'est mieux.

On ne peut pas vraiment alimenter une Led avec une tension de 24V, la différence est trop grande. On dissipe alors 7 fois plus dans la résistance que dans la Led. Si on a peu de régulateurs en courant, c'est qu'il y a une raison. Les seuls que je vois passer c'est pour les commandes de moteurs pas à pas.
En général pour une seule led, on utilise du 5V et une résistance qui chute le 2V en trop. Pour 3 leds en série, on utilise du 12V et une résistance pour chuter le 3V en trop.

[pheonix59540]

Je viens de regarder pour le IRL ducoup, c'est pas mal oui.
Mais ducoup pour être sur.
VGS=VDS
De ce fait si l'arduino donne 5v , en VDS il n'y aura que 5v de passant non ?
Ducoup avec le raisonnement je pensais ajuster la tension VDS en faisant varier la tension VGS.
Quelque chose que j'ai mal compris ?
Faire chuter la tension pour les leds avec une résistance, je trouve ça pas extra car si je dis pas de bêtises, il y aurai beaucoup de puissance à dissiper.
Donc si je peux amener une tension juste pour le groupe de led se serai top je pense.

[kamill]

Bonjour,

@pheonix59540

VGS=VDS

Ca vient d'où ???

@pheonix59540

De ce fait si l'arduino donne 5v , en VDS il n'y aura que 5v de passant non ?

Le Mosfet agit comme un interrupteur. Dès lors que V_GS est supérieur à une certaine valeur (environ 3V pour un mosfet logic level), on a V_DS qui est quasiment à 0.

[pheonix59540]

C'est ce qui me semblait .
Alors sur le IRLZ44
Sur VGS th c'est écris min 1v et max 2v
J'imagine que c'est ce que tu m'expliques: la tension de seuil pour fermer "l'interrupteur". Et ensuite c'est écris VGS=VDS et I= 250 picoA
Donc j'imagine que I est la consommation de la grille ? Et que ça servirai pour le calcule de la résistance si on veut diminuer la tension à 4V en prenant en compte le Rds on ? Et ducoup à 4V on a une Rds on moins élevé mais ça passe moins de courant.
Et de ce fait, mettons on a 4v sur la grille , il y aura 3v qui sera passant pour l'alimentation de la led ( vu que VGS th =1V ou je prends la valeur max ?) ?.
C'est ce point que j'ai du mal à comprendre encore.

[hbachetti]

Tu n'as pas bien compris. Une grille se commande en tension.

VGSth = 1 à 2V pour VGS = VDS et ID = 250µA (pas pico)
C'est à dire que la commande de 1V à 2V est suffisante si ID (courant de drain) = 250µA
Pour des courants supérieurs il faut regarder Figure 1 Typical Output Characteristics
Exemple :

• pour VGS = 2.5V ID = 4A maxi
• pour VGS = 3V ID = 18A maxi
• etc.

Ce qu'il faut :

• une résistance en série avec la grille (qq centaines d'ohms) pour limiter le courant lors des commutations (protection de l'ARDUINO).
• une résistance de PULLDOWN de 100KΩ entre grille et source, afin de fixer la grille à ZÉRO au démarrage de l'ARDUINO (la sortie est en haute impédance à ce moment là).

[68tjs]

@vileroi

Si on a peu de régulateurs en courant, c'est qu'il y a une raison.

Source de courant suffisante pour une del (led) :
Alim = 24 V
I courant "constant" = 10 mA
Tension de commande de base = État bas = 0 V; État haut = 5 V.

Source de courant "quasi constant", non régulée, sensible à variation du Vbe du transistor en fonction de la température, mais largement suffisante pour alimenter une del (led).

Nombre de composants deux : un transistor et une résistance.
Ce montage peut se transformer pour une charge à la masse en utilisant un PNP
Ce montage peut grandement être perfectionné en ajoutant un AOP (suppression de l'effet température).

[vileroi]

mais au bilan énergétique, c'est équivalent à une résistance. 7 fois plus de puissance perdue dans Q1 et R2 que dans la led

[68tjs]

Le bilan de puissance c'est P = UI = 24 x 0,01 = 240 mW.
La diode seule si elle à un Vd de 2V c'est 20 mW donc c'est 12 fois moins.

Ok mais là n'était pas mon propos, mon propos est que faire une source de courant "à peu près correcte" est simple.

Que ce soit en régulation de tension ou en régulation de courant le transistor est obligé de travailler en régime linéaire, c'est de l'analogique donc il y a de la puissance dissipée.

Bien évidement si l'objectif principal est d'avoir une puissance minimale il faut passer par un convertisseur de tension et ne pas rester sous 24 V.

Mais pas n'importe quel convertisseur : un convertisseur optimisé pour un faible courant et non pas pour 2 A.
C'est-à-dire que pour 10 mA la valeur de l'inductance devra être bien plus élevée que pour 2 A.

Donc un convertisseur à faire soit même. Là je dis jocker.
Dans un convertisseur ce qui compte, c'est le produit LI.

Linear Technology avait sorti un super logiciel "PowerCad" spécialisé pour la conception de convertisseurs.
Depuis PowerCad a été généralisé à toutes simulations, car c'était un Spice.
Il devrait être possible de voir sous quel nom il existe actuellement.

PS : en cherchant on devrait trouver des schémas convertisseur Tension vers Courant.

[pheonix59540]

@68tjs

PowerCad

Je suis pas encore la ^^ déjà j'étudie le pilotage de la led ou groupe de led vu qu'elle serait 3 et après je regarderai pour leur donner juste ce qu'il faut ,je dois encore comprendre comment fonctionne un régulateur de courant et de tension ,un régulateur de tension donne une tension et accepte de débiter une certaine charge,un certain nombre d'ampère un régulateur de courant constant donne ce qu'il faut en courant .Si j'ai bien compris c'est le plus important pour une led ,m'ai qu'en ai t-il de la tension ? le but et d'apporter du 24v à un assortiments de spot et chaque spot serai autonaunome dans la conversion de courant et dans le pilotage de led de puissance.
hbachetti ,je vais revoir la documentation ,pour la résistance PULLDOWN j'ai compris le principe, vu qu'il y a des "condensateurs" intégré ,le but avec une tel résistance est de les décharger et d'assurer une bonne commutation , mais comment la calculer ? pour quoi forcément 100K et pourquoi pas 10?

[68tjs]

Caractéristique d'une diode 1N4007

Explications :
Zone Courant inverse
Claquage 1000 V
C'est la tension max que peut supporter la diode en inverse, au delà il y a "claquage" c'est-à-dire que le courant se met croitre extrêmement vite et devient si élevé qu'il détruit la diode.

Zone Courant direct :
Tu peux voir que le courant commence par croître lentement puis c'est l'emballement exponentiel.
Je n'utilise pas une expression populaire : la courbe est mathématiquement une véritable exponentielle.
Une variation de quelques dizaines de mV peut provoquer une variation en courant de plusieurs ampères.

C'est pour cela qu'il est impossible de régler le courant dans une diode en réglant la tension. On utilise des sources de courant, mais pour des diodes d'éclairage le plus souvent une résistance en série suffit pour faire office de source de courant.

Une fois que l'on fixe un courant, la tension aux bornes de la diode s'adapte.
Pour des diodes d'éclairage (Del ou led en américain) personne n'est au milliampère prés.

@pheonix59540

Je suis pas encore la ^^ déjà j'étudie le pilotage de la led ou groupe de led vu qu'elle serait 3 et après je regarderai pour leur donner juste ce qu'il faut

Oui mais ce n'est pas ce que laisse entendre le titre, comment veut tu que l'on devine ce qui n'est pas écrit. Et franchement comprendre la physique derrière un convertisseur est un sacré chalenge, ce n'est pas par là que je commencerais et perso je les achète tout fait.

@pheonix59540

un régulateur de tension donne une tension et accepte de débiter une certaine charge,un certain nombre d'ampère

Oui la seule limite est le courant max que pour fournir le régulateur de tension sans être détruit.

@pheonix59540

un régulateur de courant constant donne ce qu'il faut en courant .

C'est toujours plus difficile de raisonner en courant que de raisonner en tension.
Non une source de courant ne donne pas ce qu'il faut, elle impose un courant dans une charge.
La loi d'ohm U= RI s'applique toujours. Une source de courant force un courant dans une charge. Quand on force un courant dans une charge il va se développer une tension dans la charge qui dépendra de la valeur du courant et de la charge. La source de courant devra être capable de supporter cette tension.

• La source de tension impose une tension sur une charge, le courant dans la charge dépend de la charge.
• La source de courant impose un courant dans une charge, la tension aux bornes de la charge dépend de la charge.

Remarque : apprend à faire des paragraphes et des passages à la ligne, ta prose est très pénible à lire et je ne suis pas sûr d'avoir compris ce que tu dis.

[pheonix59540]

Désolé.
J'essayerai d'être plus clair.

Pour la source de courant je pense avoir compris , si c'est 2A elle va forcer à faire passer les 2A dans le circuit.
Et ducoup la tension sera distribué au compte goûte , selon la demande quoi.

Au début j'étais partie sur le pilotage d'une tension en hacheur via un micro contrôleur.
De ce fait je devait déjà maîtriser l'utilisation des mosfet ou transistor bipolaire .

Je pensais même doubler le hacheur .

Une première partie qui hache la tension 24v à la tension des Leds et un deuxième Hacheur qui aurai fait varier la tension des leds de 0 à 100%.

Devant la complexité de la compréhension des mosfet et des transistors , j'ai exprimé ma demande de comprendre mieux les transistors et les mosfets déjà.

[hbachetti]

@pheonix59540

hbachetti ,je vais revoir la documentation ,pour la résistance PULLDOWN j'ai compris le principe, vu qu'il y a des "condensateurs" intégré ,le but avec une tel résistance est de les décharger et d'assurer une bonne commutation , mais comment la calculer ? pour quoi forcément 100K et pourquoi pas 10?

Il n'y a pas de condensateur intégré, c'est la grille qui se comporte comme un condensateur.

Non, la PULLDOWN n'intervient pas dans le temps de commutation. 10K ou 100K peu importe.

C'est plutôt la R série qui ralentit la commutation. L'IRLZ44N a une capacité de grille élevée : > 1nF.
Avec une R série de 220Ω la constante de temps = RC = 220ns. Il faudrait monter à 1K pour avoir un temps de commutation de 1µs, ce qui reste très faible, surtout pour des LEDs.

[pheonix59540]

D'accord ,j'ai relus tranquillement l'ensemble des commentaires et je pense que je devrais pouvoir faire un schéma comme il faut.

Pour la résistance PULLDOWN j'avais mal fait la lecture ,elle sert plus à initialiser l'état logique c'est bien ça ?

Pour calculer une résistance pour la grille du mosfet je me base sur la ligne " Gate-Source Leakage" en prenant bien en compte la résistance interne en fonction de la tension que je lui enverrai ?

En terme de matériel ,j'aurai bien aimé prendre les IRLZ44 mais si j'en commande de suite ,je les aurai dans 1 mois.
A ma disposition je possède des transistors Bipolaire 2N2222 et des mosfet IRFZ44 ,je vais bien étudier le montage et vérifier si c'est compatible (au besoin je pourrai même tester le montage Darlington! Il s'agirait de piloter le transistor bipolaire qui lui piloterai le IRFZ, en tension d'entrée j'amènerai la tension juste pour l'expérience via un convertisseur le temps de travailler sur la compréhension et la mise en oeuvre d'un régulateur à courant constant.

Je posterai un shéma détaillé du pilotage des que j'aurai fais les calcules =)