Petits projets électroniques

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INVERSION-FEUX-1.png
Inversion des feux d'une loco
Le montage décrit ci-dessous est destiné à une utilisation sur des réseaux « non DCC », même s'il fonctionne correctement en DCC.
Le même PCB est utilisé pour l'application
« Éclairage constant PWM »
Le PCB mesure 17 x 23 mm.
Mis à jour le 21/06/2020
 
 
Avec cette version, on peut alimenter 2 LED ou plutôt 2 paires de LED (2 blanches et 2 rouges), de façon à inverser les phares et les lanternes d'une loco en fonction du sens de marche.

 
Pour cette application, il ne faut pas interrompre les deux pistes, comme c'était le cas pour la version « Éclairage à niveau constant » décrite à la suite.

 
SCHÉMA
ARDUBLOCKLY_num-706_(2020-06-21_10-20).p
 
 
Si on a besoin de deux fanaux blancs et 2 fanaux rouges, LED1 et LED2 seront en réalité constituées chacune de 2 LED en série.
La valeur des résistances R1 et R2 est à déterminer en fonction de la luminosité désirée.

 
ATTENTION !
Ce montage-ci n'est utilisable qu'avec une alimentation PWM pour laquelle le sens de marche se fait nécessairement par inversion de polarité.
En effet, avec le DCC, la tension de traction est alternative, sous forme de créneaux « +15 / -15 Volts », et le changement de sens de marche de la loco n'est pas obtenu par inversion de polarité, mais opéré par le décodeur en fonction des ordres qu'il reçoit.

Avec une alimentation DCC, le présent montage allumerait donc les deux LED en même temps, avant et arrière !
D'autre part, il n'y a vraiment aucun intérêt à installer un tel circuit sur une machine digitalisée, puisque son décodeur dispose des fonctions adéquates qui font cela beaucoup mieux.
Bien entendu les fanaux alimentés par ce montage ne s'allument que quand la tension PWM est présente dans la voie. Les LED s'allument dès le premier ou deuxième des 254 crans de vitesse, et la machine reste à l'arrêt.

 
CIRCUIT IMPRIMÉ
 
Contrairement au montage «Éclairage à niveau constant» présenté plus bas, il faut ponter les pistes en «A» et en «B», soit avec une résistance CMS de 0 ohms, soit en déposant une goutte de soudure.
INVERSION-FEUX-2.png
 

 
Liste des composants
  • R1 et R2 = 1k à 5k6 suivant l'intensité lumineuse souhaitée ;
  • D1 et D2 = 1N4007 ou 1N4001 ou 1N4148 (par exemple). D'autres diodes peuvent convenir compte-tenu des courants très faibles dans les LED ;
     
  • C1 et C2= 22µF à 100µF / 25 Volts.
     
Implantation
INVERSION-FEUX-1.png
Les deux connecteurs rouge et noir permettent de connecter les deux LED.
Ils ne sont pas indispensables ⇒ des fils soudés directement sur le PCB feront parfaitement l'affaire.
Si on connecte 2 LED pour chaque sens de marche :
  • soit les 2 LED d'une paire seront connectées ensemble sur les pastilles du PCB ;
  • soit elles seront connectées en série.
Dans tous les cas, la valeur de la résistance sera ajustée en conséquence pour obtenir la luminosité désirée.
 
Solution «VEROBOARD»
Pour expérimenter le circuit avant de fabriquer le PCB définitif, ou si on n'a besoin que de quelques exemplaires, on peut se passer du PCB et utiliser une plaquette de Veroboard.
 
Elle mesure 22,5 x 15 mm.
Vue par transparence depuis le côté composants de la configuration des pistes.
En rouge sont figurés les ponts.
Attention :
Seules 2 des coupures de pistes se font par fraisage des trous.
Pour les 4 autres coupures on devra couper les pistes entre 2 trous.
ARDUBLOCKLY_num-699_(2020-06-21_10-01).p
Première possibilité d'implantation :
Seulement 2 connecteurs si on a besoin que d'une seule LED par sens de marche.
Note :
Les connecteurs ne sont pas indispensable : on peut se contenter de souder directement les fils sur la plaquette.
Les deux ponts fléchés en orange (ou leurs soudures côté pistes) sont utilisés pour établir la liaison avec la tension «voie».
INVERSION-FEUX-VERO-1.png
Deuxième possibilité d'implantation :
Deux petits ponts ont été remplacés par des connecteurs, offrant ainsi la possibilité de connecter 2 LED par sens de marche.
Note :
Dans ce cas les deux groupes de LED sont connectées en série.
ARDUBLOCKLY_num-702_(2020-06-21_10-03).p
 
Eclairage-constant-1.png
Éclairage constant PWM
Le montage décrit ci-dessous est destiné à une utilisation sur des réseaux « non DCC », même s'il fonctionne correctement en DCC.
Le même PCB est utilisé pour l'application
« Inversion des feux d'une loco »
Le PCB mesure 18 x 23 mm.
Mis à jour le 21/06/2020
 
 
FONCTIONNEMENT du CIRCUIT

 
Ce circuit est prévu pour fonctionner avec des alimentations « traction » PWM (voir ci-dessous).
 
J'utilise des alimentations «traction» PWM de fabrication «maison», pilotées par un ARDUINO UNO, avec 254 crans de vitesse.
 
Ce petit montage est destiné à éclairer l'intérieur des voitures voyageurs ou les fanaux avant d'une locomotive ou les feux de fin de convoi.
Ses particularités sont les suivantes :
  • allumage des LED dès le premier cran de vitesse en PWM, c'est à dire 1/254 de la vitesse maximale (1) ;
  • éclairage constant quelle que soit la vitesse de la rame ;
  • tension de sortie : 10 à 11 volts ;
  • persistance courte de l'allumage des LED quand la tension voie n'est plus présente : quelques dixièmes de seconde (2) ;
  • le circuit équipé de ses composants est TRÈS peu cher : quelques dizaines de centimes, PCB compris.
(1) L'allumage des LED n'est donc pas persistant.

Par contre, le fait d'alimenter la voie au premier cran de vitesse sert «d'interrupteur» pour les éclairages alors que le moteur de la loco n'est pas encore assez alimenté pour décoller.
(2) Mon camarade Alain a mis au point un mini-circuit destiné à l'allumage permanent des feux de fin de convoi.
Ce circuit est basé sur l'utilisation d'un super-condensateur de 0,2 à 2 farad / 5 volts. Les LED sont donc alimentées à partir de cette tension de 5 Volts. Il permet une persistance de l'éclairement des LED pendant plusieurs dizaines de minutes (et même plusieurs heures en fonction de la super capa) après la coupure de la tension de voie.

Il est destiné à fonctionner avec une tension « voie » continue ou PWM (et même DCC).


 
Petit rappel sur le « PWM »
 
« PWM » = Pulse Width Modulation.
En français : « MLI » = Modulation de Largeur d'Impulsion.
 
Cette technique consiste à envoyer à une charge —  moteur, LED, résistance... — une tension constituée de créneaux d'amplitude constante, mais de durée variable.
Si la durée « ON » du créneau est de 10% (et donc la durée « OFF » = 90%), le moteur ou la LED ou la résistance réagira comme s'il·elle était alimenté·e sous 10% de la tension nominale.
Dans ce cas là on dit que le rapport cyclique est de 10%.
 
Je n'en dis pas plus. On trouve plein de choses sur le net à ce sujet.
SCHÉMA
Shema_Plaquette_Eclairage_Constant_2.png
 
(Clic pour agrandir le schéma)

 
Le montage permet d'alimenter 4 LED (ou plus si on les couple en série).
Sur le schéma ci-dessus, j'ai noté les valeurs limites qu'il est prudent de ne pas dépasser : 5 mA par LED ou groupe de LED.
 
Le principe :
 
  • on re-fabrique une tension continue de 12 volts par redressement/filtrage de la tension de voie « PWM » (ou de la tension « DCC ») ;
     
⇒ le condensateur « C1 » se charge donc à environ 12 volts, quel que soit le rapport cyclique de la tension de voie « PWM ».
  • si les LED consomment peu (et c'est le cas pour éclairer une voiture ou des feux de fin de convoi), la tension aux bornes de « C1 » varie peu, quel que soit le rapport cyclique y compris à partir du premier cran de vitesse, et on a bien un éclairage à niveau constant.
 

Ça marche ce truc ?

Oui, si on reste dans les limites d'utilisations prévues.

 
Notes :
  • en réalité, on n'aura pas 12 Volts à vide aux bornes du condensateur, même si la voie est alimentée par une tension PWM de 12 volts.
    En effet les diodes de redressement occasionnent une chute de environ 2 x 0,7 Volts, soit environ 1,4 Volts et le condensateur « C1 » se chargera à seulement 10,6 Volts.
  • si la consommation totale de l'éclairage d'une voiture ne dépasse pas 20 mA au total, la variation de luminosité des LED en fonction de la tension «PWM» passera inaperçue ;
  • dans le cas d'une utilisation de ce montage avec un système « DCC » on est encore plus proche d'un niveau constant de l'éclairage, compte-tenu que le rapport cyclique d'un signal « DCC » varie peu autour de 50% et que sa fréquence est de l'ordre de 8 kHz. Cependant, les véhicules ou les fanaux seront allumés tant que la tension DCC sera présente, c'est à dire « tout le temps ».

 
Calculs
Si on veut faire le calcul pour des valeurs différentes de celles du schéma ci-dessus, voici les formules :
 
Courant LED = [tension PWM ou DCC - (2 x tension diode) - (nbr. LED x tension seuil LED)] / Rx
 
... et sous la forme qui va bien pour calculer Rx :
Rx = [tension PWM ou DCC - (2 x tension diode) - (nbr. LED x tension seuil LED)] / Courant LED
tension-LED.png
 
Exemples :
  • tension PWM = 12 Volts ;
  • nombre de LED en série sur chaque sortie  = 3 ;
  • courant dans les LED = 4 mA ;
  • LED jaune ou blanc chaud : tension seuil Led = 2,2 Volts (environ) ;
 
⇒ Rx = (12 - (2 x 0,7) - (3 x 2,2)) / 0,004 soit Rx = 1000 Ohms.

 
  • tension DCC = 16 Volts ;
  • nombre de LED en série sur chaque sortie  = 2 ;
  • courant dans les LED = 5 mA ;
  • LED jaune ou blanc chaud : tension seuil Led = 2,2 Volts (environ) ;
 
⇒ Rx = (16 - (2 x 0,7) - (2 x 2,2)) / 0,005 soit Rx = 2040 Ohms.
(on choisira plutôt la valeur normalisée Rx = 2200 Ohms).

 
Note :
Ce montage, associé à mes alimentations PWM (à 254 crans de vitesse), me permet d'éclairer une voiture voyageur en réglant l'alimentation «traction» sur le premier ou deuxième cran de vitesse, sans que la loco se mette en mouvement.
Sympa non ?
J'ai aussi équipé une loco avec ce circuit : ses fanaux avant ou arrière peuvent rester éclairés sans qu'elle roule.
 
 
 
Circuit imprimé
 
La plaquette du PCB mesure 18 x 23 mm.
C'est le même PCB que pour l'application «Inversion des feux».
Facile à loger, même dans une loco.
Eclairage-constant-1.png
Eclairage-constant-2.png
 
 
 
Pour la fonction « éclairage à niveau constant », il ne faut pas ponter les 2 pistes à l'endroit désigné par les flèches oranges (sinon la tension de traction est mise en court-circuit).
(Ces deux connexions sont utiles seulement pour la version « Inversion des feux» décrite plus haut).

 
Liste des composants
 
  • R5 à R8 = 1k à 5k6 suivant l'intensité lumineuse souhaitée.
    (si nécessaire, les valeurs peuvent être différentes d'un groupe de LED à l'autre).
  • D1 à D4 = 1N4007 ou 1N4001 (par exemple).
  • C1 = 47µF à 330µF / 25 Volts.
    (plus la valeur est élevée, meilleure est la constance de l'éclairage, mais plus le condensateur est volumineux).
 
Si les résistances R5 à R8 sont de l'ordre de 3k3 à 5k6, un condensateur de 33µF peut suffire.
  • les connexions vers la voie et vers les LED peuvent être équipées de connecteurs mâles au pas de 2,54 ou bien recevoir directement les fils soudés.

Cette dernière solution permet de gagner en encombrement.
Solution «VEROBOARD»
Pour expérimenter le circuit avant de fabriquer le PCB définitif, ou si on a besoin que de quelques exemplaires, on peut se passer du PCB et utiliser une plaquette de Veroboard de 32,5 x 15 mm.
 
 
 
 
La plaquette VEROBOARD est un peu plus longue que le PCB.
ARDUBLOCKLY_num-694_(2020-06-20_20-24).p
 
 
 
 
Cette vue côté composants montre par transparence les positions des interruptions de pistes.
Attention : les cercles jaunes signalent les deux coupures entre les pastilles.
VEROBOARD-3.png
 
 
 
Positions des ponts.
Ils sont montés côté composants.
ARDUBLOCKLY_num-697_(2020-06-20_20-26).p
Implantation des composants.
Les ponts hauts sur pattes fléchés en orange servent aussi de cosses. Ils sont connectés à la tension «voie».
Les ponts fléchés en blanc seront en réalité montés sous la plaquette pour ne pas gêner l'implantation des diodes.
Les connecteurs wrapping correspondent aux 4 sorties pour les LED.
Ils sont facultatifs : pour gagner en encombrement on aura avantage à souder les fils des LED directement sur la plaquette.
VEROBOARD-2.png
 
Temporisateur à relais, 555 et MOSFET
# 1.0
Utilisé comme temporisateur ou rallonge d'impulsion.
Sorties : 
  • MOSFET ;
  • relais ;
  • directe (LED1).
Mis à jour le 21/06/2020​
555-TIMER-2.png
 
 
Avec ce schéma on dispose de :
  • x1 sortie à relais ;
  • x1 sortie MOSFET 5 A ;
  • x1 sortie LED, mais qui peut commander un autre montage avec un « +5 V » ou « +12 V », et un courant max de 225 mA.

Les 3 sorties peuvent être :
  • ou bien l'une ou l'autre ou l'autre ;
  • ou bien une combinaison des 3 : on peut utiliser le relais, ET le MOSFET, ET la sortie « directe » ;
    La seule limite est que la consommation du relais utilisé ajoutée à celle de la sortie directe ne dépasse pas 225 mA. (la commande du MOSFET ne consomme quasiment rien).

Le montage peut fonctionner aussi bien en 5 V qu'en 12 ou 15 volts :
  • choisir la tension du relais en fonction de la tension d'alimentation du montage ;
  • avec une tension d'alimentation de 5 volts, la sortie avec un MOSFET IRF540 (par exemple) risque de ne pas fonctionner correctement. Il faut dans ce cas choisir un autre modèle de MOSFET qui fonctionne avec une tension basse ;
 
Les valeurs des autres composants restent les mêmes.

Le but de ce circuit est de fournir plusieurs types de fonctionnement à partir du même PCB, en fonction des composants qu'on implante ou pas :
  • calibration d'une impulsion courte pour l'allonger et lui donner la durée voulue ;
  • «debounce » d'un contact parasité ou éloigné ;
  • déclenchement d'une temporisation plus ou moins longue (jusqu'à plusieurs minutes) ;
  • transformation d'une impulsion de longueur quelconque en une impulsion de durée calibrée ;
 
... et ceci avec la possibilité de 3 types de sorties dont une à relais 1RT.

 
En ajustant judicieusement les valeurs de R1-C2-R4 on peut même utiliser une LDR ou une photo-diode à la place de SW1.
 
SW1 peut aussi être remplacé par un transistor à collecteur ouvert situé en sortie d'un autre montage.
 
Pour le fun, voici le PCB avec la sérigraphie. Le plan de masse est masqué pour faciliter la lecture... d'où les fines lignes bleues qui relient les pastilles normalement connectées au «0 volts» par l'intermédiaire du plan de masse.
ARDUBLOCKLY_num-668_(2020-06-16_20-50).p
ARDUBLOCKLY_num-669_(2020-06-16_20-52).p
 
 
Notes :
«  POT1 » est câblé en parallèle avec R3. On monte l'un ou l'autre selon qu'on veut un réglage fixe ou ajustable de la temporisation.

«POT1» peut être monté à l'extérieur du PCB.
 
Durée de la temporisation
 
La durée dépend des valeurs de R3 (ou de POT1) et de C3.
 
Petit tableau, pour donner une idée :
 
 
 
Ajout du 06/06/2020
Une petite simulation dans TINKERCAD, pour s'amuser un peu.
https://www.tinkercad.com/things/4FIaGJEK9ZO-dazzling-crift-jarv/editel?tenant=circuits
 
 
Si le lien ne fonctionne pas, il suffit de reproduire le circuit ci-dessous dans TINKERCAD «Circuits».
 
 
Il correspond au schéma ci-dessus, mais uniquement avec la sortie à LED, la seule qui permet de visualiser directement le fonctionnement du temporisateur avec TINKERCAD.
Démarrer la simulation puis, en cliquant avec la souris sur le switch à côté des deux résistances, on obtient le départ du cycle de temporisation.
Ajout du 16/06/2020
Depuis 2019, le logiciel EasyADA de dessin de PCB (en ligne) permet la représentation 3D des circuits.
C'est l'occasion de visualiser quelques unes des configurations de montage des composants.
Sortie MOSFET :
Les deux blocs de connexion (verts) sont montés.
D5 n'est pas montée.
Le relais n'est pas monté.
ARDUBLOCKLY_num-660_(2020-06-16_12-20).p
«STRAP1» :
 
Dans le cas de la sortie avec MOSFET, il établit une masse commune entre l'alimentation 12 volts externe et l'alimentation de la partie «555».
TIMER-555-MOSFET-A.png
Sortie à relais :
La diode D5 est montée.
Le bloc de connexion à 2 positions n'est pas monté.
Les contacts «travail» et «repos» sont notés sur le PCB.
TIMER-555-MOSFET-C.png
TIMER-555-MOSFET-D.png
Potentiomètre de réglage de la durée de temporisation :
Vue de gauche : potentiomètre sur le PCB.
Vue de droite : potentiomètre externe.
ARDUBLOCKLY_num-663_(2020-06-16_12-38).p
ARDUBLOCKLY_num-662_(2020-06-16_12-38).p
 
Condensateur C3 :
Le PCB offre plusieurs possibilités pour monter C3 :
  • 4 positions pour monter un condensateur ou une combinaison de condensateurs en polycarbonate ;
  • 2 positions pour monter un condensateur électrolytique.
ARDUBLOCKLY_num-665_(2020-06-16_12-40).p
ARDUBLOCKLY_num-664_(2020-06-16_12-39).p
TIMER-555-MOSFET-B.png
Alimentation de la partie «555» :
2 pins «Gnd» et 1 pin «VCC».
Entrée de commande :
Le switch externe est connecté sur SW1 (orange).
C'est un contact vers la masse.
Témoin à LED :
Ce témoin permet de visualiser le fonctionnement du temporisateur.
 
Deux possibilités combinables :
  • LED1 sur le PCB ;
  • LED1 externe, grâce au connecteur.
Le connecteur de la LED1 peut être utilisé comme sortie logique «+5V» / «0 V».
Dans ce cas, la résistance R2 pourra être réduite à 1k.
ARDUBLOCKLY_num-663_(2020-06-16_12-38).p

 

 

© 2020 par Hubert SPERI – Créé avec Wix.com

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