Gare du réseau de Jappy: perturbations électromagnétiques ?

Bonjour à tous,

Les premiers tests du système de contrôle de la gare du réseau de Jappy avec des moteurs d'aiguilles Minitrix n'ont pas été concluants. Alors que le système est prévu pour actionner un moteur à la fois, il arrive parfois que plusieurs relais s'activent et génèrent des commandes contradictoires sur les 2 moteurs d'une aiguille ou sur 2 aiguilles à la fois. À vide, c'est à dire lorsque l'alimentation des aiguilles est off, le système se comporte normalement.

Les cartes relais sont décrites ici: https://le-forum-du-n.1fr1.net/t17875-gare-du-reseau-de-jappy-electronique. La résistance de base de chaque transistor est reliée à une sortie de registre à décalage 74HC595.

Tests déjà effectués
En jouant sur les timings d'activation des relais (entre 100-250 ms) et en ajoutant un délai de 50-100 ms entre chaque activation, on n'influence que très peu ce comportement.

Nous avons fait l'hypothèse que c'est le courant stocké dans les bobines des moteurs qui cause un problème lorsque le courant est coupé. Initialement prévu en alternatif, nous avons essayé d'alimenter en continu à l'aide de la sortie traction d'un transfo train en mettant une diode de roue libre en parallèle sur les bornes de chaque moteur d'aiguille. Le phénomène est un peu atténué, mais ce n'est pas encore 100% résolu.

Autres hypothèses à tester
Commencer par bien re-vérifier le câblage des cartes à relais pour s'assurer qu'il n'y a pas une liaison entre les contacts de travail des relais et l'électronique de commande.

Sur mon réseau, je commande aussi des moteurs d'aiguillage à l'aide du même modèle de relais. La différence est que j'ai une autre alimentation continue qui doit être mieux stabilisée que la sortie traction d'un transfo train. De plus, la masse est commune entre l'alimentation du circuit de contrôle et l'alimentation des aiguilles. À tester: utiliser cette alimentation pour les 2 aiguilles en test.

Comme autre test d'alimentation, je propose de remplaçer les aiguilles par des ampoules en conservant la même alimentation. Cela permettra de confirmer que c'est le pic de courant des moteurs d'aiguillage qui perturbe.

Ayant vu sur le net des montages de contrôle d'aiguilles à électro-aimants basés sur des thyristors pour commander l'alternatif avec une interface simple en TTL, je ne pense pas qu'il y ait de perturbation.

La principale différence entre mon réseau et ce système en développement est l'utilisation des registres à décalage 74HC595. Les sorties de ces registres peuvent être à l'état "haute impédance" ce qui permet d'en relier plusieurs à un bus. Une entrée "output enable" active à l'état bas permet de contrôler cet état. À vérifier: quel est l'état de cette entrée par rapport à la masse. Si elle n'est pas parfaitement à 0 V, à cause d'un mauvais contact, les sorties du 595 sont flottantes et la base des transistors attrapent chaque courant induit qui rode dans les alentours. J'envisage en outre d'essayer de placer des résistances pull-down à chaque sortie des 595 pour garantir l'état bas lorsqu'elles sont flottantes.

Enfin, dernière voie, toujours en relation avec les 595, tester l'état des lignes données, horloge série et horloge parallèle. En déconnectant ces entrées sur l'une des cartes, je verrai tout de suite si la perturbation demeure. Il serait également possible de placer des pull-down sur ces lignes pour garantir un état bas.


Vos idées et suggestions sont les bienvenues et je vous remercie d'avance de m'en faire part.
Un tout bon dimanche à chacun.

SavignyExpress a écrit:

Les premiers tests du système de contrôle de la gare du réseau de Jappy avec des moteurs d'aiguilles Minitrix n'ont pas été concluants. Alors que le système est prévu pour actionner un moteur à la fois, il arrive parfois que plusieurs relais s'activent et génèrent des commandes contradictoires sur les 2 moteurs d'une aiguille ou sur 2 aiguilles à la fois. À vide, c'est à dire lorsque l'alimentation des aiguilles est off, le système se comporte normalement.

Bonjour,


Cela ressemble fortement à un défaut de masse ..

Bonne journée  

Bonjour,
Je ne vois pas, sur les schémas, de condensateurs de découplages des alimentations des circuits logiques. Il faut systématiquement 10/100nF entre VCC et masse de chaque circuit (ou au minimum un sur chaque carte de Circuit imprimé).
Si l'alim des moteurs d'aiguille sert également à la partie électronique, il faut un TRES sérieux découplage entre ces deux utilisations.

Re bonjour,

Oui Lucien a raison, je n'ai pas regardé les schémas, mais ces condensateurs sont indispensables au bon fonctionnement des circuits logiques.
Personnellement je mets un 100 nF par circuit au plus près du circuit.

Il m'est arrivé récemment de ramer juste parce qu'un de ces condensateurs était mal soudé et mon circuit se réinitialisait à chaque commande envoyée; j'ai mis du temps à trouver la cause 

Bonne journée   

Bonjour,

Lorsque j'examine le schéma, je constate qu'il n'y a pas de résistance de polarisation entre la base et l'émetteur des transistors de commande des relais.
Lorsque la sortie du 74HC595 est à 0, le potentiel de la base du transistor n'est pas fixé à cause de diode led et le transistor est sensible aux perturbations électromagnétiques.
Soude une résistance de quelque kilo ohms et tes commandes intempestives vont disparaitre; je dirai entre 1 k et 4,7 k

Autre point : as tu mis une diode de roue libre aux bornes de tes moteurs d'aiguille ? Si ce n'est le cas, il faut en mettre le plus prés possible de la bobine (pour éteindre un feu on s'attaque à la base des flammes et non à leur extrémité)

En espérant d'avoir aidé

Tous ces conseils sont bons à suivre...
Les condos de découplage au niveau des registres à décalage sont en effet très conseillés. A défaut, tu peux arriver à un résultat satisfaisant en ajoutant un seul condensateur de filtrage entre le +5 et le 0V sur chaque carte qui comporte des circuits logiques.

Lorsque j'ai construit mon BAL, chaque carte fonctionnait bien seule, mais lorsque j'ai voulu tester le résultat sur un circuit réel comportant 4 cantons, ça délirait pas mal : feux rouge et jaune allumés simultanéments, comportement aléatoire des locos, etc. Tout est rentré dans l'ordre dès que j'ai ajouté un condensateur entre les bornes + VCC et 0V de chaque carte.

Je viens de regarder le schéma et je suis très surpris par la position des leds ...
Quand la sortie du circuit est positive, ça peut marcher ..
Mais quand elle est à zéro, ça fait quoi ? la led jouant le rôle d'une diode, c'est comme si la base du transistor était en l'air !!
Pourquoi ne pas avoir connecter les LEDs sur le collecteur comme on fait habituellement?

Bonne soirée

Bonsoir à tous,

Merci pour toutes vos réponses. Les condensateurs de 100 nF ne sont pas sur le schéma, mais bien sur les cartes proches de chaque 595.

La remarque de Takeo est des plus pertinentes. Je vais y réfléchir !!!

takeo a écrit:

Mais quand elle est à zéro, ça fait quoi ? la led jouant le rôle d'une diode, c'est comme si la base du transistor était en l'air !!
Pourquoi ne pas avoir connecter les LEDs sur le collecteur comme on fait habituellement?

C'est pour cela que j'ai préconisé de mettre une résistance entre la base et l'émetteur de chaque transistor.
On peut ainsi laisser la LED là où elle est ; la modification du circuit imprimé n'est pas nécessaire.

De plus c'est facile de souder une résistance entre la base et l'émetteur de chaque transistor

Bonsoir à tous et merci à tous pour votre aide.
Cordiales salutations Jappy

Merci à tous pour vos contributions. Voici quelques réflexions complémentaires:

• Défaut de masse: parle-t-on bien de boucle de masse avec des "masses" qui ne seraient pas toutes à 0 V. Vérifier le câblage du signal "output enable" de chaque 595. S'il est en série avec d'autres points de masse, le remplacer par un câblage direct avec la masse à l'entrée de la carte pour éviter les boucles.
  
• Condensateurs de découplage: ils sont présents à côté de chaque 595, soudures à vérifier.
  
• Condensateur de filtrage: chaque carte est alimentée en 12 V continu et elle comporte un électrolytique à l'arrivée de cette alimentation, avant le 7805 qui produit le 5 V pour les 595.
  
• Led dans le circuit de base: ces leds sont à faible courant (2 mA) et je pensais que, si la sortie correspondante du 595 est à 0 V, il n'y a pas de courant de base et le transistor est bloqué. Il est facile de tester une pull-down sur la base pour voir si cela améliore les choses.
  
• Cependant, lorsque le problème survient, les leds s'allument, raison pour laquelle je pensais que la pull-down devrait plutôt être sur la sortie du 595.
  
• Diodes de roue libre en continu: oui, elles sont placées le plus proche possible du moteur d'aiguille correspondant.
  
• Signaux de commande du 595: je vais aussi vérifier si ces signaux sont perturbés. Eventuellement, ajouter des pull-down pour assurer un état de repos et des résistances série pour améliorer l'immunité au bruit.
  

SavignyExpress a écrit:

[*]Led dans le circuit de base: ces leds sont à faible courant (2 mA)

[*]


Bonjour,

Je n'ai pas tout regardé en détail mais si le courant de base n'est que de 2 mA cela risque d'être trop peu pour saturer le transistor.

Mais cela ne devrait pas être la cause du problème.

SavignyExpress a écrit:

et je pensais que, si la sortie correspondante du 595 est à 0 V, il n'y a pas de courant de base et le transistor est bloqué

A cause de la Led qui fait diode, le potentiel de la base est indéterminé; cela revient à avoir la base non connectée

Bonne journée

takeo a écrit:

SavignyExpress a écrit:

[*]Led dans le circuit de base: ces leds sont à faible courant (2 mA)

[*]


Bonjour,

Je n'ai pas tout regardé en détail mais si le courant de base n'est que de 2 mA cela risque d'être trop peu pour saturer le transistor.

[*]


Bonjour à tous,
C'est bien suffisant car le transistor commande un relais (quelques dizaines de mA) , et non directement l'aiguille.

takeo a écrit:

SavignyExpress a écrit:

et je pensais que, si la sortie correspondante du 595 est à 0 V, il n'y a pas de courant de base et le transistor est bloqué

A cause de la Led qui fait diode, le potentiel de la base est indéterminé; cela revient à avoir la base non connectée

Bonne journée

Bien d'accord. Ceci étant, je n'ai jamais réussi à faire conduire  (quelques mA collecteur pendant quelques ms) un NPN ayant la base non connectée, simplement par couplage magnétique ou capacitif parasite. Je serais très surpris que ça soit l'origine du problème.
Evidemment, il en serait tout autrement si l'on avait un MOS gate "en l'air"!!!

Bonjour,

Pour ma part, je mettrais des résistances de 47kΩ entre la bases des transistors de commande des relais et la masse histoire de bien les bloquer quand la sortie des HC595 est à 0.

En effet, avec un relai qui consomme 16mA et un transistor qui peut avoir un gain de 500, il suffit de 32µA qui se baladent pour que le transistor soit saturé.

jlb a écrit:

..
il suffit de 32µA qui se baladent pour que le transistor soit saturé.

Pour fournir 32uA pendant, disons 10ms, histoire de faire au moins bagoter le relais, il faut décharger de 10V une capacité de 32nF.
C'est 10 000 ou 100 000 fois la valeur d'une capacité parasite qui pourrait être présente sur la base du transistor...
Mais de toute façon, SavignyExpress a indiqué qu'il y avait 2mA dans la base quand le défaut survenait! -et que la base n'était donc pas "en l'air".

Certes

Mais une LED 2mA s'allume à moins de 2mA d'une part. D'autre part si elle s'allume c'est qu'il y a un courant base-émetteur, celui qui perturbe justement. Pour ma part, j'ai observé ce type de perturbation sur des bases non pilotées. C'est pas comme si les fils en l'air ne chopaient pas toutes les perturbations électromagnétiques qui circulent

Ensuite, ça ne coûte pas grand chose de souder des résistances pour voir si ça résout le problème plutôt que de discuter sur la probabilité que le transistor commute ou pas. Quand on ne voit pas où le montage peut pêcher, on commence par fiabiliser les trucs douteux.

Si ça ne résout pas le problème, on cherche ailleurs.

lucien2 a écrit:

C'est 10 000 ou 100 000 fois la valeur d'une capacité parasite qui pourrait être présente sur la base du transistor...

C'est faux. D'après les modèles SPICE, les capacités base-émetteur et base-collecteur d'un BC547 sont de l'ordre de 10pf. C'est donc 3 ordre de grandeurs plus faible, pas 4 ou 5

SavignyExpress a écrit:

Bonjour à tous,

À vide, c'est à dire lorsque l'alimentation des aiguilles est off, le système se comporte normalement.

Le problème peut provenir de l'arc électrique a l'ouverture du contact. Essayer un condo de 100pf au borne de chaque conatct

Bonjour à tous,

Je vais dans l'ordre faire les tests suivants:

• Mieux câbler les masses des 595, c'est à dire en étoile à partir de la masse à l'entrée de la carte & avec ds fils plus gros. Cela s'applique aussi aux entrées "output enable" active à l'état bas.
  
• Placer quelques pull-down sur les bases de quelques transistors, soient les 4 impliqués dans le test avec les 2 aiguillages et leurs 2 électro-aimants. Effectivement, si les transistors étaient des MOSFET, la pull-down sur le gate serait obligatoire.
  
• Lorsque la perturbation survient, la led correspondante s'allume aussi brièvement, mais cela ne signifie pas forcément que le courant qui la traverse est 2 mA. On peut par ailleurs en déduire que la perturbation touche l'amont de la led et non la base du transistor. Mais je testerai tout de même la résistance pull-down sur la base!
  
• Essayer aussi les pull-down en sortie des 595.
  
• Essayer de faire quelques mesures ou du moins visualiser les pointes de tension, notamment sur les entrées output enable et les signaux de commande.
  
• Absorber l'étincelle avec un condensateur au borne de chaque électro-aimant, j'y avais pensé. Mais 100 pF, est-ce suffisant ?
  

jlb a écrit:

lucien2 a écrit:

C'est 10 000 ou 100 000 fois la valeur d'une capacité parasite qui pourrait être présente sur la base du transistor...

C'est faux. D'après les modèles SPICE, les capacités base-émetteur et base-collecteur d'un BC547 sont de l'ordre de  10pf. C'est donc 3 ordre de grandeurs plus faible, pas 4 ou 5

Tu veux dire que tu ne t'es trompé "que" d'un rapport 3000?

jlb a écrit:

Bonjour,

Pour ma part, je mettrais des résistances de 47kΩ entre la bases des transistors de commande des relais et la masse histoire de bien les bloquer quand la sortie des HC595 est à 0.

Le courant parasite étant de l'ordre du mA puisqu'il allume la LED, la résistance de 47 kOhm va dériver quelque 15uA vers la masse, laissant le complément, c'est à dire presque la totalité, dans la base, rendant la manip inutile.

Maintenant, si la LED s'allume avec 15uA, alors d'accord. Mais je ne connais pas de LED de ce type.

lucien2 a écrit:

jlb a écrit:

lucien2 a écrit:

C'est 10 000 ou 100 000 fois la valeur d'une capacité parasite qui pourrait être présente sur la base du transistor...

C'est faux. D'après les modèles SPICE, les capacités base-émetteur et base-collecteur d'un BC547 sont de l'ordre de  10pf. C'est donc 3 ordre de grandeurs plus faible, pas 4 ou 5

Tu veux dire que tu ne t'es trompé "que" d'un rapport 3000?

Et toi de 30000

Mais je ne suis pas sûr que le rapport entre tes 32nF et les capas parasites d'un transistor soit pertinent

lucien2 a écrit:

Le courant parasite étant de l'ordre du mA puisqu'il allume la LED, la résistance de 47 kOhm va dériver quelque 15uA vers la masse, laissant le complément, c'est à dire presque la totalité, dans la base, rendant la manip inutile.

À condition que ta tension base émetteur passe le seuil du transistor. La base flotte, choppe les parasites, quand la tension passe le seuil, le courant passe. D'ailleurs le relai commutera même si le transistor n'est pas saturé. Avec une résistance, les parasites sont absorbés par la masse. Si il s'avère que 47kΩ est insuffisant, il suffit de baisser un peu.

jlb a écrit:

lucien2 a écrit:

jlb a écrit:

lucien2 a écrit:

C'est 10 000 ou 100 000 fois la valeur d'une capacité parasite qui pourrait être présente sur la base du transistor...

C'est faux. D'après les modèles SPICE, les capacités base-émetteur et base-collecteur d'un BC547 sont de l'ordre de  10pf. C'est donc 3 ordre de grandeurs plus faible, pas 4 ou 5

Tu veux dire que tu ne t'es trompé "que" d'un rapport 3000?

Et toi de 30000

Mais je ne suis pas sûr que le rapport entre tes 32nF et les capas parasites d'un transistor soit pertinent

jlb a écrit:

lucien2 a écrit:

Le courant parasite étant de l'ordre du mA puisqu'il allume la LED, la résistance de 47 kOhm va dériver quelque 15uA vers la masse, laissant le complément, c'est à dire presque la totalité, dans la base, rendant la manip inutile.

À condition que ta tension base émetteur passe le seuil du transistor. La base flotte, choppe les parasites, quand la tension passe le seuil, le courant passe. D'ailleurs le relai commutera même si le transistor n'est pas saturé. Avec une résistance, les parasites sont absorbés par la masse. Si il s'avère que 47kΩ est insuffisant, il suffit de baisser un peu.

Oups!
Nous voilà au niveau "café du commerce"!
Afin de ne pas lasser les non-electroniciens, et ne pas polluer le fil, je n'interviendrai plus dans ce dialogue .
Les électroniciens se sont déjà fait une idée de la pertinence des arguments!
Bien sûr, une discussion technique est toujours possible par MP.

Loin de moi l'idée de susciter une discussion "café du commerce".

En posant ma question, mon but était de profiter de l'expérience de membres connaissant mieux les problèmes de perturbations, boucles de masse, etc, que moi. Je maîtrise mieux les microcontrôleurs que l'électronique, mais c'est l'occasion d'apprendre.  

Je vous tiendrai au courant de mes tests très prochainement.