Electronique > Réalisations > Rotation sonore 001 - Pro

Dernière mise à jour : 01/08/2021

Présentation

Cet instrument d'un genre particulier délivre des sons percussifs à l'aide de bobines soumises à une intensité de courant élevée (entre 10 A et 15 A), sous une tension de 24 V à 26 V. Ces bobines associées à des aimants mettent en mouvement un circuit mécanique rotatif dont le but est de produire des sons répétitifs à vitesse plus ou moins variable. Des commutateurs optiques permettent un asservissement de l'ensemble, en modifiant si nécessaire la durée des impulsions délivrées aux bobines.


Avertissement

Ce projet réalisé sur demande a fait l'objet d'un dépôt de brevet. Pour cette raison, je ne peux pas développer ici dans le détail son mode de fonctionnement.


Schéma

Le circuit est assez simple, mais le choix des composants de puissance a demandé de la réflexion et du temps pour les tests de robustesse.


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Schéma volontairement embrouillé


Principe général

Pro - Fonctionnement non décrit.


Prototypes

Un premier prototype (001) a été élaboré avant d'aboutir à une version finalisée (002).


Prototype 001

Mon alimentation de labo 30 V / 5 A étant incapable de délivrer la puissance requise de 300 watts pour cette réalisation (et pas question d'installer un bloc de condensateurs réservoirs de 10 Farads), j'ai utilisé deux batteries gélifiées au plomb de 12 V / 7 Ah reliées en série. Les bobines chauffant énormément durant le test de robustesse (contraintes 20 fois plus fortes qu'en utilisation normale), j'ai installé un ventilateur pour les refroidir. Ce qui n'a pas empêché le support de l'une d'elle de se déformer sous l'effet de la chaleur...


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Les bobines utilisées possèdent une inductance de quelques centaines de uH et une résistance en continu comprise entre 1,7 ohm et 2 ohms. Leur activation passe par des transistors de puissance choisis pour leur robustesse et leur temps de commutation. Les surtensions naissant à la coupure du courant dans les bobines sont maîtrisées (absorbées) par des diodes de puissance rapides câblées en "roue libre".


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Temps de montée et de descente de quelques us...

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Courbe jaune = tension, courbe bleue = courant (1 V pour 10 A)

Courant mesuré d'environ 12 A avec la première bobine (sous 24 V, presque 300 W dissipés). Pour le test avec deux bobines, j'ai adopté la sage résolution de les activer à tour de rôle (comme elles le seront en utilisation finale), car 600 W, ça commence à faire !

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Courbe jaune = = courant (1 V pour 10 A), courbe violette = tension bobine #1, courbe bleue = tension bobine #2

Au début des tests, les mesures de courant indiquaient 12 A pour la première bobine et 14 A pour la seconde. Le système est resté sous tension plusieurs heures, avec une consommation moyenne d'environ 1,6 A (12 A pendant 50 ms + 14 A pendant 50 ms, ceci toutes les secondes). Au bout de 2 heures, j'ai accéléré la cadence, passant de 1 Hz à 3 Hz (6 impulsions par seconde avec les deux bobines). Par la même occasion, j'ai ajouté une quatrième sonde à l'oscilloscope pour visualiser la chute de tension de la batterie lors des appels de courant.


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Courbe bleue foncée (en haut) = tension "24 V" des batteries

Au bout d'une trentaine de minutes, les intensités de courant dans les bobines sont descendues à 9 A et 10 A, à cause des batteries qui commençaient à se décharger. Sur la courbe bleue supérieure du graphe ci-devant à droite, on voit nettement la chute de tension de la batterie - et par conséquence celle du courant dans les bobines - lors des appels de courant (chute d'environ 2 V). 

En condition d'utilisation normale, la durée des impulsions est comprise entre 5 ms et 25 ms, ce qui conduit à une consommation moyenne inférieure à 1 A. 


Prototype 002

Quasiment identique au premier prototype. J'ai procédé à quelques ajustements pour permettre l'utilisation de plusieurs types de commutateurs optiques passifs (à 4 broches) ou actifs (à 5 broches), et ai ajouté des LED de visualisation d'état des sorties, que j'avais omises dans la première version.


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Système testé avec :

- des commutateurs optiques actifs (phototransistor + étage de sortie nécessitant une alimentation)
- des commutateurs optiques passifs (juste un phototransistor)

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Le fonctionnement en dynamique est identique au premier prototype, durant les sévères tests de robustesse. Les bobines chauffent toujours autant, surtout quand je ne mets pas en route le ventilateur situé à côté ! En utilisation normale, tout va bien, pas besoin de ventilateur...


Circuit imprimé (PCB)

Réalisé en double face, avec bien sûr tout le soin apporté pour permettre le passage de fortes intensités de courant... et en même temps limiter les rayonnements gênants dans le voisinage.


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La majorité des composants sont de type traversant, une dizaine de composants montés en surface (CMS) les côtoient discrètement.


Logiciel des PIC

Pro - Logiciel non disponible


Historique

01/08/2021
- Ajout photos prototype 002.

25/07/2021
- Première mise à disposition.