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Dernière mise à jour : 10/04/2016Présentation
Quelle drôle d'idée que de revenir sur un schéma de stroboscope à tube, alors que les LED ou lampes à LED de puissance sont désormais capables de faire "aussi bien" (mon métronome 008 fait aussi stroboscope, si on joue vite). Oui mais bon, voyez-vous, la nostalgie des tubes à éclat, cela ne se commande pas. Et puis flûte alors, mes deux précédents stroboscopes à tube fonctionnaient sur le secteur. Voici donc un petit système revisité, pas trop compliqué (on pourrait encore le simplifier) qui permet de faire flacher un tube xénon à partir d'une source de tension aussi faible que 12 V. Et pour faire "moderne" j'ai inclu un tout petit microcontrôleur... histoire d'être encore plus à côté de la plaque.Avertissement
Ce montage n'est pas alimenté directement sur le secteur, mais délivre néanmoins une tension mortelle. Ne pas intervenir sur le circuit quand il est sous tension ni dans les minutes qui suivent sa mise hors tension !Pour l'instant seul le circuit de déclenchement avec le PIC est opérationnel, j'attends la réception de deux transfos d'impulsions différents pour terminer ce projet.
Schéma
Le schéma qui suit montre une façon curieuse de dessiner un plan électrique. Batterie 12 V dans un endroit incongru et tube à éclat en bas à droite mais pas totalement dans le coin.
Et puis quelle drôle d'idée que d'inclure un PIC là où un NE555 pouvait faire l'affaire. Mais puisque le PIC est là, autant lui demander d'en faire un peu plus que ce qui était prévu au départ... Car pour commencer en effet, je voulais mettre un PIC juste pour simplifier les parties "horloges" :
- horloge 55 Hz pour constituer la haute tension de 300 V environ (nous y reviendrons) et
- horloge TBF (Très Basse Fréquence) pour la cadence des éclairs.
Et puis je me suis dit que comme la haute tension grimpait plus ou moins en fonction de la fréquence des éclairs (tension max plus faible à cadence plus élevée) il pouvait être intéressant de maîtriser la valeur de la tension du tube en fonction du réglage de la vitesse.
Fonctionnement général
Le tube xenon TX1, pour produire des éclairs, doit être alimenté sous une "haute" tension continue. Cette haute tension est obtenue grâce à un convertisseur DC/DC (continu/continu) lequel comporte un oscillateur, des transistors de puissance et un transformateur d'alimentation classique utilisé "à l'envers". La haute tension fait l'objet d'une surveillance ininterrompue. Si la tension monte au-delà d'un certain seuil, l'oscillateur du convertisseur DC/DC fait une petite pause. La cadence des éclairs est réglable via un potentiomètre, entre 1 Hz et 20 Hz environ. Le PIC 12F675 utilisé ici joue plusieurs rôles :- création d'un signal d'horloge fixe à 55 Hz pour attaquer un transformateur élévateur de tension;
- création d'un signal d'horloge variable de 1 Hz à 20 Hz pour déclencher les flashes;
- surveillance de la haute tension alimentant le tube xénon.
Conversion 12 Vdc / 300 Vdc
Le signal d'horloge de 55 Hz issu de la broche GP4 (Clk1) permet de périodiquement couper et d'établir l'alimentation de 12 V aux bornes de l'enroulement 6 V du transformateur d'alimentation TR1 (ou 9 V s'il est de type 230V/9V). Ce dernier délivre ainsi un signal de même fréquence (pas tout à fait rectangulaire) sur son enroulement 230 V, lequel est redressé en double alternance par les quatre diodes D1 à D4. Les alternances redressées chargent les condensateurs C1 et C2 (4,4 uF le couple) à travers la résiostance R6, ce qui permet d'obtenir une tension grossièrement filtrée de quelques centaines de volts. Cette tension qu'on peut mesurer au point TP4 par rapport à la masse, alimente d'une part le tube xénon (entre ses deux broches extrêmes Anode A et Cathode K) et d'autre part charge le condensateur C3 à travers R7 et l'enroulement primaire de TR2. Nous verrons plus loin ce que l'on peut faire avec ce condensateur C3 quand il est chargé.Remarque : la fréquence réelle qu'on peut mesurer sur Clk1 n'est pas forcément de 55 Hz, mais sera dans tout les cas comprise entre 50 Hz et 60 Hz. Cela permet d'utiliser au mieux le transformateur d'alim monté à l'envers.
Déclenchement des flashes
Les impulsions issues de la broche GP5 du PIC (Clk2) ont une périodicité (ou fréquence) qui dépend de la position du curseur du potentiomètre RV1. Ce dernier fournit à la broche GP0/AN0 du PIC, une tension continue qui peut varier de 0 V à +5 V. Plus la tension présente en GP0/AN0 est élevée, et plus la cadence des flashes est élevée (cela est fixé par le logiciel du PIC). A chaque fois que le transistor Q5 est rendu conducteur (impulsion positive appliquée sur sa base via R8), le transistor Q6 est lui aussi rendu conducteur et amorce le thyristor U3. Celui-ci joue alors le rôle d'un court-circuit en "fermant" sa jonction A-K, ce qui provoque la décharge subite de C3 (chargé à un peu plus de 200 V) dans l'enroulement primaire du transformateur d'impulsion TR2. Le transformateur d'impulsion délivre à ce moment-là une impulsion de THT d'environ 4 kV sur son enroulement secondaire et amorce le tube xénon. La production du flash fait chuter sensiblement la tension de 300 V obtenue par le convertisseur DC/DC et le tube s'éteint. A partir de là recommence un nouveau cycle : la haute tension remonte et les condensateurs C1 et C2 se rechargent, prêt pour le coup suivant. La durée de conduction du thyristor est fixée ici à 2 ms mais pourrait être moindre.Surveillance de la haute tension
Dans les montages simples de stroboscope à tube, on ne surveille guère la tension continue présente aux bornes du tube xénon. Si je le fais, c'est uniquement pour faire mon intéressant, et accessoirement pour augmenter un peu la durée de vie du tube (qui s'use toujours plus vite qu'on ne l'aimerait). Le principe adopté ici est fort simple, on divise par 100 la valeur de la haute tension avec le pont diviseur constitué de R12 et R13, et la fraction de haute tension disponible au point commun du diviseur est envoyée à la broche GP1/AN1 du PIC configurée en entrée analogique. La diode zener D7 de 5,1 V est ajoutée ici par précaution, elle ne joue aucun rôle si tout se passe bien (elle ne conduit que si la haute tension dépasse 510 V). Si à un moment donné la tension mesurée en AN1 est de 3,1 V (donc 310 V au niveau HT), alors les impulsions envoyées au transformateur TR1 sont tout bonnement stoppées et la charge de C1 et C2 ne va pas plus loin. La tension de HT évolue ainsi entre 290 V et 310 V, à quelques volts près, en plus ou en moins.
Haute tension (valeur divisée par 100)
Cette façon de faire simple provoque une petite "ondulation" autour de 300 V mais cela est sans grande importance dans le cas qui nous concerne (une régulation PWM aurait été plus efficace si on avait souhaité obtenir une tension plus stable). Pour modifier la valeur de la haute tension, on peut modifier le logiciel du PIC ou plus simplement encore, jouer sur le rapport du pont diviseur R12/R13.
Alimentation
Le circuit dans son ensemble est à l'aise avec une tension d'alimentation continue de 12 V. Toutefois le PIC n'apprécie guère une source aussi généreuse, et un régulateur abaisseur de tension (LM7805 ou 78L05) est ajouté pour disposer d'un +5 V plus qu'apprécié par ce dernier.Vérifications
En cas de dysfonctionnement, voici les principaux points à vérifier au multimètre ou à l'oscilloscope (avec sonde 1/10 ou mieux sonde 1/100) :- Clk1 : signal carré fréquence 55 Hz amplitude 5 V
- Clk2 : impulsions de déclenchement du tube, largeur impulsions = 2 ms, fréquence entre 1 et 20 Hz.
- TP1 : signal carré fréquence 55 Hz amplitude 12 V
- TP2 : signal carré fréquence 55 Hz amplitude 1,2 V à 1,4 V (avec éventuellement quelques pointes de tension négatives)
- TP3 : signal carré fréquence 55 Hz amplitude 11 V (environ 1 V à l'état bas et 12 V à l'état haut). Attention, fortes pointes de (sur)tension qui peuvent dépasser 100 V (liées aux commutations de courant dans le "primaire" du transfo d'alim) !
- TP4 : tension "continue" d'environ 310 V avec résiduelle alternative 55 Hz pouvant atteindre 20 volts. La tension "moyenne" doit chuter lors du déclenchement du tube et remonter jusqu'au falsh suivant (pour faciliter cette mesure, régler la vitesse des flashes au minimum).
- TP5 : tension "continue" d'environ 275 V avec résiduelle alternative 55 Hz pouvant atteindre 10 volts, et pointes de tension négatives pouvant dépasser -500 V au moment du déclenchement du tube.
- AN0 : tension continue comprise entre 0 V et +5 V et qui dépend de la position du curseur du potentiomètre RV1.
- AN1 : tension "continue" comprise entre 3 V et 4 V (1/100 de la "haute" tension).
Précautions à prendre
Hormis bien sûr l'aspect sécurité lié à la présence de la haute tension sur le montage, quelques points sont à respecter.Câblage du tube à éclats
Le tube à éclats TX1 est polarisé et doit être branché dans le bon sens, sinon sa durée de vie sera raccourcie et le montage fonctionnera mal (déclenchements irréguliers). La plupart des tubes à éclat possède un petit point coloré (souvent rouge) indiquant la position de l'anode ou de la cathode, celà dépend des fabricants et il faut donc y prêter une grande attention.
Dans les schémas que je propose, c'est l'anode qui est repérée par un point rouge. Mais pour certains tubes, c'est la cathode qui est repérée. Faites avant tout confiance aux indications fournies avec votre tube à éclat, avant de suivre à la lettre les indications que je donne ici.
Câblage du transformateur d'impulsions
Parfois le transformateur d'impulsion est vendu avec le tube à éclat, parfois vous devez vous le procurer séparément. Il existe beaucoup de types de transformateurs d'impulsions, et le cablage ne semble pas spécialement normalisé. Dans le doute, prenez un simple ohmmètre et mesurez la résistance des deux bobinages primaire et secondaire. Le bobinage dont la résistivité est la plus faible est le primaire et doit être connecté côté condensateur C3. Le bobinage dont la résistivité est la plus forte est le secondaire et doit être raccordé au tube à éclat.Tension d'alimentation du tube xénon
Selon le tube xénon utilisé, il faudrait normalement adopter une tension continue de valeur comprise entre 300 V et 600 V. Pensez à vérifier la valeur requise pour votre tube. Pour plus de détails concernant l'alimentation du tube, voir page Stroboscope à tube - Alimentation.Circuit imprimé
Aucun circuit proposé.Logiciel du PIC
Le fichier binaire compilé (*.hex) est disponible dans l'archive dont le lien suit.Stroboscope tube 003 - PIC 12F675 - Version du 09/04/2016
Si vous souhaitez recevoir par la poste un PIC préprogrammé et prêt à utiliser, merci de consulter la page PIC - Sources.
Historique
10/04/2016- Première mise à disposition.