Autopsie d'un variateur par Tonton-Electron
Publié : 20 mai 2008, 11:36
Salut les Vintageux, ici Tonton-Electron!
Alors, aujourd'hui je vous propose un petit voyage au coeur des entrailles d'un variateur electronique pour nos petits bolides.
ESC (Electronic Speed Controler) en anglais.
Petit lexique pour commencer:
Forward = Marche avant
Reverse = Marche Arrière
Brake = Frein
Average = Moyenne
"1" = commande active, le transistor laisse passer le courant (interrupteur fermé, chemin en rouge)
"0" = commande non active, le transistor ne laisse rien passer (interrupteur ouvert)
Alors, un vario, c'est quoi?
C'est un ensemble qui va interprèter les signaux de votre radiocommande et les transformer en générant le contrôle d'un étage de puissance qui alimentera le moteur en conséquence.
L'étage d'interprétation
Il est généralement constitué d'un petit microcontrôleur (genre PIC de chez Microchip) qui va analyser en entrée le signal radio et en sortie va piloter des transistors (étage de puissance).
Dans ce micro il y a du code (logiciel) souvent paramétrable afin d'avoir le contrôle des temps de réponse, frein ou pas, marche arriere ou pas... ceci étant programmé lors du "setup" de votre vario.
Je ne vais pas rentrer dans les détails de cet étage, voir les notices pour ses fonctions.
Etage de Puissance:
Je vais ici détailler le fonctionnement de cet étage. Je rapelle que les transistors se comportent comme un interrupteur commandé. Soit ils laissent passer le courant si ils ont une consigne à "1", soit ils bloquent tout (inter ouvert) si leur consigne est "0".
Ces transistors sont de type MOSFET. Leurs avantages par rapport a du classique transistor bipolaire est qu'ils ont une résistance en fonctionnement très faible et donc qu'ils permettent de faire passer un max de courant sant trop chauffer (bien meilleur rendement).
Il en éxiste plusieurs types et ce qui fera la différence entre un "No Limit" et un "Limit-19tours", par exemple, sera justement leur pouvoir de faire passer plus ou moins de courant.
Exemple:
Dans le NoLimit T2M il y a des L2203N qui théoriquement passent 116A
Dans le Graupner 23R (design tout pareil) sauf que les MOS sont des IRL3103 qui ne laissent "que" passer 64A
La preuve en photo avec ces deux varios:
La on est du côté du microcontroleur.
Et ici on voit bien les transistors de puissance.
Pour passer encore plus de courant, les constructeurs vont mettre plusieurs de ces transistors en parallele.
Sur le 23R, il y en a 2 en parallèle partout.
Sur le No Limit, 2 en parallele pour la marche arrière, et 3 pour la marche avant.
En parallèle, on additionne les courant, donc en théorie le NoLimit peut passer 3x116A en marche avant. Je dis bien en théorie car là ce sont des conditions idéales de dissipation de la chaleur des transistors, la réalité un petit peu moins optimiste.
Si vous démontez le radiateur, vous verrez que certains transistors ont un petit chapeau isolant entre eux et le radiateur. Ceci s'explique car le sabot des transistors est relié à une de leur 3 pattes et si on n'isole pas on ferait un court circuit entre les transistors de marche avant et ceux de marche arrière au travers du radiateur. Gaffe donc, ne pas oublier les isolants au remontage, sinon ca fume!
Les différents cas:
Nous sommes en présence d'une architecture de contrôle dite "pont en H". Ce type de pont permet le controle avant et arrière (inversion totale). Sur un vario qui n'a que de la marche avant, on aura plutot un pont direct avec une seule dérivation pour la fonction freinage.
Premier cas, le repos (OFF):
Tous les transistors sont bloqués (équivalent interrupteur ouvert), rien ne passe, le moteur est libre et non alimenté.
Second cas, la marche avant (Forward):
On rend passant les deux transistors Forward. Le chemin du courant est en rouge, le moteur est alimenté et tourne en marche avant.
Troisième cas, la marche arrière (Reverse):
Là on rend passant les deux autres transistors et on voit que le cheminement du courant est dans l'autre sens: marche arrière!
Quatrième cas, le frein (Brake):
Facile, on court-circuite le moteur.
Pourquoi cela le freine t il?
Sans rentrer dans les détails, le moteur est vu comme une bobine (inductance) et en mode frein celui-ci va "rendre" de l'energie sous forme de courant (dynamo). En le court-circuitant on va absorber cette energie et donc faire une fonction "freinage".
Bon, c'est bien gentil tout ca Tonton-Electron, mais ce que tu viens de nous décrire c'est plutôt du genre ON/OFF à la Sébastien Loeb. Nous on veut de la pogressivité, de l'intermédiaire!
Ok, calmez vous les petits scarabées, j'y viens. 8-)
Il faut bien que l'étage de contrôle fasse un peu de boulot.
Donc, a fond dans l'un ou l'autre sens, les transistors one une consigne continue et se comportent donc comme des interrupteurs ouverts ou fermés en permanence. Cela n'est plus un mode "vario" mais on mode "à donf": premier cas:
Second cas: nous allons "hacher" un peu la consigne, c'est là que cela devient sioux. La période de hachage est constante, cela correspond à l'une des charactéristiques de votre vario, exprimée en kHz (kilo Hertz / nombre de milliers de période par seconde), généralement 1kHz (voir notice). A priori, cette période va influer sur le comportement (la progressivité, la souplesse) de votre vario et générer plus ou moins de parasites sur la radio. Mais si elle est trop elevée, les transistors ne suivent plus. Donc c'est un compromis, et en loisir on s'en tamponne le nombril avec une pelle à gateau (celui qui me trouve d'où je tire cette citation est un champion
).
Bref, la période reste constante mais le rapport cyclique (ici dessiné à 25, 50 et 75%) va varier entre 0(consigne nulle tout le temps en bas) et 100% (dessin du haut).
En faisant varier ce rapport, la moyenne (Average) va varier entre 0 et 100%. Disons, piour simplifier, que cette moyenne va conditionner la vitesse du moteur en faisant varier la tension qu'on lui présente.
Voilà , j'espere que cela vous plait. Si vous avez des questions, n'hésitez pas et j'en profiterai pour mettre à jour/corriger/simplifier ce petit article.
Bonne journée :salut:
Tonton-Electron
Alors, aujourd'hui je vous propose un petit voyage au coeur des entrailles d'un variateur electronique pour nos petits bolides.
ESC (Electronic Speed Controler) en anglais.
Petit lexique pour commencer:
Forward = Marche avant
Reverse = Marche Arrière
Brake = Frein
Average = Moyenne
"1" = commande active, le transistor laisse passer le courant (interrupteur fermé, chemin en rouge)
"0" = commande non active, le transistor ne laisse rien passer (interrupteur ouvert)
Alors, un vario, c'est quoi?
C'est un ensemble qui va interprèter les signaux de votre radiocommande et les transformer en générant le contrôle d'un étage de puissance qui alimentera le moteur en conséquence.
L'étage d'interprétation
Il est généralement constitué d'un petit microcontrôleur (genre PIC de chez Microchip) qui va analyser en entrée le signal radio et en sortie va piloter des transistors (étage de puissance).
Dans ce micro il y a du code (logiciel) souvent paramétrable afin d'avoir le contrôle des temps de réponse, frein ou pas, marche arriere ou pas... ceci étant programmé lors du "setup" de votre vario.
Je ne vais pas rentrer dans les détails de cet étage, voir les notices pour ses fonctions.
Etage de Puissance:
Je vais ici détailler le fonctionnement de cet étage. Je rapelle que les transistors se comportent comme un interrupteur commandé. Soit ils laissent passer le courant si ils ont une consigne à "1", soit ils bloquent tout (inter ouvert) si leur consigne est "0".
Ces transistors sont de type MOSFET. Leurs avantages par rapport a du classique transistor bipolaire est qu'ils ont une résistance en fonctionnement très faible et donc qu'ils permettent de faire passer un max de courant sant trop chauffer (bien meilleur rendement).
Il en éxiste plusieurs types et ce qui fera la différence entre un "No Limit" et un "Limit-19tours", par exemple, sera justement leur pouvoir de faire passer plus ou moins de courant.
Exemple:
Dans le NoLimit T2M il y a des L2203N qui théoriquement passent 116A
Dans le Graupner 23R (design tout pareil) sauf que les MOS sont des IRL3103 qui ne laissent "que" passer 64A
La preuve en photo avec ces deux varios:
La on est du côté du microcontroleur.
Et ici on voit bien les transistors de puissance.
Pour passer encore plus de courant, les constructeurs vont mettre plusieurs de ces transistors en parallele.
Sur le 23R, il y en a 2 en parallèle partout.
Sur le No Limit, 2 en parallele pour la marche arrière, et 3 pour la marche avant.
En parallèle, on additionne les courant, donc en théorie le NoLimit peut passer 3x116A en marche avant. Je dis bien en théorie car là ce sont des conditions idéales de dissipation de la chaleur des transistors, la réalité un petit peu moins optimiste.
Si vous démontez le radiateur, vous verrez que certains transistors ont un petit chapeau isolant entre eux et le radiateur. Ceci s'explique car le sabot des transistors est relié à une de leur 3 pattes et si on n'isole pas on ferait un court circuit entre les transistors de marche avant et ceux de marche arrière au travers du radiateur. Gaffe donc, ne pas oublier les isolants au remontage, sinon ca fume!
Les différents cas:
Nous sommes en présence d'une architecture de contrôle dite "pont en H". Ce type de pont permet le controle avant et arrière (inversion totale). Sur un vario qui n'a que de la marche avant, on aura plutot un pont direct avec une seule dérivation pour la fonction freinage.
Premier cas, le repos (OFF):
Tous les transistors sont bloqués (équivalent interrupteur ouvert), rien ne passe, le moteur est libre et non alimenté.
Second cas, la marche avant (Forward):
On rend passant les deux transistors Forward. Le chemin du courant est en rouge, le moteur est alimenté et tourne en marche avant.
Troisième cas, la marche arrière (Reverse):
Là on rend passant les deux autres transistors et on voit que le cheminement du courant est dans l'autre sens: marche arrière!
Quatrième cas, le frein (Brake):
Facile, on court-circuite le moteur.
Pourquoi cela le freine t il?
Sans rentrer dans les détails, le moteur est vu comme une bobine (inductance) et en mode frein celui-ci va "rendre" de l'energie sous forme de courant (dynamo). En le court-circuitant on va absorber cette energie et donc faire une fonction "freinage".
Bon, c'est bien gentil tout ca Tonton-Electron, mais ce que tu viens de nous décrire c'est plutôt du genre ON/OFF à la Sébastien Loeb. Nous on veut de la pogressivité, de l'intermédiaire!
Ok, calmez vous les petits scarabées, j'y viens. 8-)
Il faut bien que l'étage de contrôle fasse un peu de boulot.
Donc, a fond dans l'un ou l'autre sens, les transistors one une consigne continue et se comportent donc comme des interrupteurs ouverts ou fermés en permanence. Cela n'est plus un mode "vario" mais on mode "à donf": premier cas:
Second cas: nous allons "hacher" un peu la consigne, c'est là que cela devient sioux. La période de hachage est constante, cela correspond à l'une des charactéristiques de votre vario, exprimée en kHz (kilo Hertz / nombre de milliers de période par seconde), généralement 1kHz (voir notice). A priori, cette période va influer sur le comportement (la progressivité, la souplesse) de votre vario et générer plus ou moins de parasites sur la radio. Mais si elle est trop elevée, les transistors ne suivent plus. Donc c'est un compromis, et en loisir on s'en tamponne le nombril avec une pelle à gateau (celui qui me trouve d'où je tire cette citation est un champion
).Bref, la période reste constante mais le rapport cyclique (ici dessiné à 25, 50 et 75%) va varier entre 0(consigne nulle tout le temps en bas) et 100% (dessin du haut).
En faisant varier ce rapport, la moyenne (Average) va varier entre 0 et 100%. Disons, piour simplifier, que cette moyenne va conditionner la vitesse du moteur en faisant varier la tension qu'on lui présente.
Voilà , j'espere que cela vous plait. Si vous avez des questions, n'hésitez pas et j'en profiterai pour mettre à jour/corriger/simplifier ce petit article.
Bonne journée :salut:
Tonton-Electron
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