Alimentations pulsées: PWM, PFM...

Bonjour à tous,

Lors d'une discussion récente avec l'un de mes anciens professeurs de systèmes à microprocesseurs, nous avons évoqué l'alimentation efficace des petits moteurs électriques. Il m'a parlé du mode PFM (Pulse Frequency Modulation) plus efficace à basse vitesse que le PWM (Pulse Width Modulation).

La figure ci-dessous, tirée de http://techon.nikkeibp.co.jp/english/handbook/analog/power_05.html, illustre les différences entre les 2 modes.



PWM
Le mode PWM est le plus connu. La fréquence des impulsions est constante (constant frequency), on fait varier leur largeur (variable pulse width). Plus l'impulsion est large, plus le moteur tourne vite. Avec un microcontrôleur, on varie cette largeur en changeant la valeur du registre "output compare" du timer.

PFM
En mode PFM, on garde la largeur de l'impulsion constante (constant pulse width), on fait varier leur fréquence (variable frequency). Plus il y a d'impulsions par unité de temps, plus le moteur tourne vite. Avec un microcontrôleur, on varie cette fréquence en changeant la valeur du registre "valeur max" du timer.

Avantage du PFM par rapport au PWM
À faible vitesse en PWM, les impulsions sont très courtes, ce qui peut s'avérer insuffisant pour faire démarrer le moteur.

En PFM, on peut choisir une largeur d'impulsion suffisante pour faire démarrer le moteur, quelque soit (ou presque) la fréquence. À très basse fréquence, le moteur tourne par à coups, à voir si c'est gênant.


Je prévois de faire quelques tests prochainement pour réaliser des alimentations tractions pulsées, l'objectif étant d'améliorer le comportement à basse vitesse de mes locos.

Qu'en pensez-vous ?

Tu te lance dans une galère la
Nos locos n'ont pas qu'un moteur ,il y a aussi des ampoules et maintenant des leds et le bouchon
Les rotor sans fer n'aiment pas trop le pulsé en plus
On obtient de meilleur résultat avec du continue PUR et une voies propre

Bonjour SavignyExpress

Il faut creuser le sujet lorsque tu évoques l'inconvénient du PWM qui serait d'avoir à faible vitesse des impulsions trop courtes pouvant s'avérer insuffisantes pour faire démarrer le moteur.

En effet, ce pourrait être le cas si la fréquence du signal PWM était trés basse (quelques Hz, voire moins), mais pour toutes les fréquences élevées (plusieurs KHz ou dizaines de KHz), l'explication ne tient pas. L'impulsion courte est réitérée tellement de fois en 1 seconde que l'inertie mécanique est trés largement suffisante pour lisser le couple moteur entre 2 impulsions, faisant ansi en sorte que le moteur réagisse à la tension moyenne qui lui est appliquée.

Lorsque le moteur décroche mécaniquement, c'est que le couple résistant est supérieur au couple moteur, et ce quelque soit le mode d'alimentation, PWM, PFM ou continiu lisse.

Bonjour,

Le système de pilotage que j'ai conçu fonctionne sur le principe du PWM.
La fréquence est de l'ordre de 100 Hz et le fonctionnement des locos est parfait.

Cependant, il y a un inconvénient. Lorsque que les trains sont à l'arrêt on perçoit une ronronnement (ou grésillement) du à la vibration du moteur.
J'ai réfléchi à la question et je l'ai réglée de la manière suivante :
- lorsque le train est à l'arrêt, on n'envoie plus du 100 Hz mais une fréquence de l'ordre du 10 Hz qui n'est pas perceptible par l'oreille humaine.

Je note l'idée de faire du PFM à basse vitesse ; je vais la mettre en oeuvre et je ne manque pas de vous faire par de mes conclusions.

Concernant le cas des moteurs sans fer évoqué par RE460, j'en ai parlé dans mon club (CCAC) et il semble que ce type de moteur n'est pas répandu et concerne plutôt des modèles haut de gamme ou à l'échelle O.

Pouvez- confirmer ou infirmer cette info SVP.

Amicalement

Trix a dans sa gamme de loco vapeur mais pas que ,des Faulhabeur a rotor sans fer

bonjour,

la différence entre PWM et PFM semble plus liée à la mesure de la performance de l'alimentation ou du système de commande des moteurs, meilleurs rendement pour le PFM sur de faibles charges en abaissant la fréquence, meilleurs rendement en PWM pour les fortes charges

j'ai aussi réalisé une commande avec PIC en PWM 100Hz, les moteurs grognent à cette fréquence, je ne suis pas sur qu'ils aiment. Pour le moment je ne l'utilise pas, je suis revenu à l'analogique

[img][/img]

l'alimentation est en PWM avec une commande par potentiomètre et inversion de sens en milieu de course.
Pour éviter de laisser sous tension le moteur au point 0, j'ai mis une plage de coupure de l'alimentation,
et en plus il y une simulation de charge ajustable par potentiomètre.
Je vais refaire la même alimentation mais à fréquence plus élevée (vers 25kHz) mais avec un autre processeur

j'ai une question, quel que soit le type de moteur, tous sont numérisables ? et quelle est la fréquence utilisée ?

Bons essais

Oui il existe maintenant des décodeurs qui gèrent les moteurs a rotor sans fer (pas jadis )
Ce qui compte c'est le courant que le décodeur envoie au moteur qui est évidement différent du courant de la voie
Je ne me rappelles plus la bonne fréquence pour les sans fer ????

Je suis toujours amusé par les électriciens qui joue au apprentie sorcier .....
J'ai des locos qui ont des sacrées heures de vol sans aucune casse moteur ou prise de courant recuite voir cramer ......
Que celui qui a ce genre d’installation me dise la meme chose

Ceci dit ,libre a tout le monde de réinventer le super courant qui dope les moteurs sans abimer les prises de courant et chauffer les ampoules .....Les constructeurs n'y sont pas arrivé ......
Vous ,vous y arriverez surement

Les constructeurs n'y sont pas arrivés, voire...

Or du modélisme il y a belle lurette que le courant continu lisse variable est abandonné pour la variation de vitesse.

Et en modélisme quel est donc le signal généré par les décodeurs pour l'alimentation des moteurs?

Et le système pégase info? quelle tension dans la voie? je dirais hachée. Les utilisateurs ont l'air satisfaits.

Donc chacun ses gouts, certains peuvent se plaire à faire une réflexion de conception et c'est tant mieux

Derf

Rebonsoir,

Ce n'est pas parce qu'on joue au p'tit train que notre niveau technique ou scientifique est celui des bacs à sable.


Pour ce qui concerne les moteurs sans fer, je vous invite à lire ce qui est écrit ici :

http://www.locoset.com/pagesite/technique/Couranthach%E9.htm

Bonne soirée

PWM = 20 KHz = pas de pb avec les RSF avec l'avantage supplémentaire que les aigus font fuir les enfants et leurs petites mains baladeuses

Le problème de la PFM est que tu baisses la fréquence = pb pour les RSF = grognement.

Décau45 a écrit:

Je vais refaire la même alimentation mais à fréquence plus élevée (vers 25kHz) mais avec un autre processeur

Et avec des MOSFET

Rebonjour,

étrange réponse mais je ne suis pas électricien ! ..... mais électro...bricoleur

OK pour les remarques sur les moteurs RSF et les autres, on finira bien par trouver quelque chose

donc le mieux c'est d'expérimenter, je vais donc reprendre mon montage en y retirant le PIC et en y raccordant à la place un Arduino. On verra ensuite pour refaire le CI.

bons essais à tous

oui avec des MOSFET,il y en a à récupérer dans les alims à découpage

Bons essais

C'est déjà trouvé.

Il faut une PWM a fréquence élevée (20KHz ou plus). C'est ce que font les alims des décodeurs.

Concernant ton montage, le PIC permet de monter à quelle fréquence au maxi pour la PWM ?
Pour monter en fréquence, il faut utiliser des MOSFET. Les transistors bipolaire ne sont pas assez performants.

bonjour,
le montage actuel ne permet pas de monter en fréquence (200Hz max) le PIC utilisé n'a pas de compteur. Le comptage est fait par deux boucles du programme, une pour l'état haut, l'autre pour l'état bas. Les deux étant complémentaires pour avoir une fréquence fixe.

la nouvelle version sera faite avec un PIC ayant des compteurs PWM (> 100kHz suivant l'oscillateur utilisé) et disposant d'entrées analogiques (l'Arduino UNO a tout ça mais je maitrise moins que les PIC, outil de développement et doc).
Pour la commutation en sortie, soit des MOSFET, soit un ampli en pont H, ce dernier aurait l'avantage de supprimer les deux relais du montage actuel (marche/arrêt et inversion de sens) et j'ai vu qu'il y avait la possibilité de mesurer le courant.
Le choix du PIC devrait augmenter la taille de celui-ci (plus de 8 broches) donc pour rentabiliser l'affaire je ferai plusieurs commandes avec le même PIC (3 serait bien, à voir avec la taille du CI final)

Bon amusement

Ouh là là !!!

À la lecture de certains messages, je n'aurais jamais pensé qu'un tel sujet soit autant émotionnel. Je revendique mon statut de bidouilleur-expérimenteur.

Merci pour les précisions apportées quant à la fréquence et l'utilisation de MOSFET à la place de bipolaires.

bonjour,

je viens de faire des essais avec l'Arduino UNO.

En utilisant la commande Timer1 j'ai pu programmer le processeur pour sortir deux signaux PWM indépendants en rapport cyclique, jusqu"à une fréquence de 100kHz. Utilisation d'un timer avec ses deux comparateurs.
Faire du PFM, celà semble possible aussi

Dur, dur le C et le manque de doc des commandes !

Je vais donc reprendre mon montage pour deux alims, voir plus. La carte Arduino me sert pour le développement, très rapide pour les essais, ensuite je n'utiliserai que le processeur sur ma carte alim.

PS : je reviens sur les MOSFET, leur avantage n'est pas la fréquence mais surtout leur mode de commande avec une tension sans courant pour sortir des puissances élevées, tandis que les transistors nécessitent des commandes en courant imposant de mettre des transistors en cascade (ex darlington)

Bons essais pour le PFM

A quelle fréquence fonctionnait ton PIC ?

Même avec des boucles de comptage dans le soft, on peut générer du PWM à plusieurs de dizaines de kiloHertz, avec quasiment n'importe quel PIC.

L'avantage de la fonction PWM intégrée (CCP intégré dans le PIC) est que cela décharge la programmation de toute cette partie, on peut demander au processeur de faire autre chose pendant qu'une routine autonome gère le PWM, et que le signal PWM n'est pas perturbé par le fonctionnement des autres boucles du soft.
Mais si le coeur du montage est justement de générer du PWM, si c'est le but du soft, auquel on ne demande rien d'autre, alors on obtient de très bons résultats avec un PIC dépourvu de CCP.

Le site ptitrain en donne un exemple qui fonctionne très bien.

voir ce lien

bonjour,

j'ai utilisé un PIC12F675 avec son oscillateur interne à 4MHz. Je m'étais inspiré du montage de ptitrain (donné pour 330Hz) et c'était pour voir comment fonctionnait le compilateur mikroBasic. J'utilisais uniquement MPLAB. A noter que son programme en Basic ne marche pas bien à cause du compilateur qui n'interprète pas de la même façon une boucle qui part de 0 (RAZ registre) que d'une boucle qui part d'une valeur non nulle (load registre)

C'est vrai qu'avec une programmation en assembleur on doit pouvoir augmenter la fréquence. Le programme n'est pas très long. Je vais revoir çà ...

j'en suis venu à l'Arduino suite à la belle réalisation TCO de Savigny. L'essai que je suis entrain de faire pourra être intégré au TCO, c'est l'avantage d'un compteur autonome. La commande en C est paramètrée avec la fréquence et le rapport cyclique.

bons essais

rebonjour,

après vérification, je ne vois pas comment on peut faire du PWM 25KHz sans utiliser un compteur rapide, pas un timer câblé sur l'horloge du PIC !!!

je continue avec l'Arduino et un MOSFET, les essais sur circuit pour demain

bons essais

Quel PIC utilises tu et avec quel frequence d'horloge

pour le PWM 100Hz, c'est un PIC12F675 et son oscillateur interne à 4MHz

pour le PWM 25KHz, c'est un Arduino UNO avec oscillateur 16MHz

Bons essais

bonsoir,

je viens de faire des essais de roulage en PWM 25KHz avec l'Arduino suivi d'un 2N2222 pour passer d'une commande 5V à 12V, et d'un MOSFET IRF530 pour passer la puissance.

Tout est OK et les ralentis semblent mieux qu'en analogique ou en PWM 100Hz. Je ferai des tests avec mesure du courant (mesure à l'oscillo) pour voir l'allure de celui-ci.

Après de nombreuses lectures sur la commande hachée des moteurs, il semble généralement admis d'utiliser des fréquences élevées vers 20KHz (au dessus des fréquences audibles)
A fréquence basse le courant traversant le moteur est moins constant (donc couple moins constant) ce qui entraine des vibrations au niveau de la mécanique (phénomène d'intégration souligné par Dmarion pour les fréquences hautes, lié à la valeur de la self du moteur qui ne passe pas instantanément le courant)

Une remarque, il existe des nettoyeurs de voies HF venant se rajouter sur une alimentation continue, est-ce que le courant haché n'aurait pas le même effet ?


Bons essais

Décau45 a écrit:

bonsoir,

je viens de faire des essais de roulage en PWM 25KHz avec l'Arduino suivi d'un 2N2222 pour passer d'une commande 5V à 12V, et d'un MOSFET IRF530 pour passer la puissance.

Tout est OK et les ralentis semblent mieux qu'en analogique ou en PWM 100Hz. Je ferai des tests avec mesure du courant (mesure à l'oscillo) pour voir l'allure de celui-ci.

Merci Décau45 pour ce retour d'expérience. Petite question: as-tu prévu une protection contre les court-circuits avant ou après le Mosfet ?

Bon dimanche.

bonjour,

la protection cotre les CC est prévue mais pas encore programmée.
la source du MOSFET va à la masse à travers une faible résistance, ce qui va permettre de surveiller le courant. C'est là que j'ai mis mon oscillo, "horrible le courant haché" au début, ce qui a permis de voir qu'il faut bien découpler l'alim amont (condensateur 100nf) et mettre une diode schottky en parallèle avec le moteur (une 1N4004 n'est pas assez rapide, d'où un courant de pointe 6 fois > courant normal)
et l'alimentation en 12V du montage de puissance se fera à travers un régulateur standard, donc limitation vers 1.5A

Bon dimanche