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mesures > Voltmètre 003
Dernière mise à jour : 23/11/2009Présentation
Le montage décrit ici est un voltmètre permettant la surveillance de la tension d'un set de trois accus 12 V montés en série. J'ai réalisé ce montage suite à la demande d'un internaute qui venait de se doter d'un vélo électrique alimenté sous 36 V, et qui souhaitait disposer d'un système de contrôle de charge des batteries. Le principe de base de la section affichage est le même que celui adopté pour mes précédents voltmètres 001 et 002, mais il fallait revoir la partie alimentation générale pour autoriser le fonctionnement du montage sous une tension supérieure à celle autorisée en temps normal. Deux ans après, un autre internaute lui aussi équipé d'un vélo électrique, m'a demandé si ce voltmètre pouvait être modifié pour visualiser une plage de tension comprise entre 31 V et 41 V au lieu de 31 V à 36 V. Cela est possible, oui, et la modification est décrite dans les lignes de cette page.Le schéma - Plage 31 V à 36 V
Le schéma que voici est donc une adaptation des
voltmètres précédents. La différence
majeure réside dans l'ajout d'un étage de
régulation de tension.
Alimentation générale
Le LM3914, circuit intégré spécialisé pour la commande d'une échelle de 10 leds, ne supporte pas une tension de 36 V, et encore moins une tension supérieure. Sa tension limite maximale de fonctionnement est de 25V. A donc été ajouté un abaisseur / régulateur de tension basé sur l'emploi d'une diode zener et d'un transistor ballast, procédé connu depuis fort longtemps et fonctionnant très bien. La tension de sortie de ce régulateur est d'environ 17,2 V, qui correspond à la tension nominale de la diode zener (ici 18 V) à laquelle est retranché la chute de tension de 0,8 V de la jonction base-émetteur de Q1. La régulation en ligne, c'est à dire la capacité de la tension régulée (Vreg, sur émetteur de Q1) de ne pas trop varier en fonction de la tension d'entrée (Vin, sur collecteur de Q1), est assez bonne, puisque cette tension Vreg varie d'environ 0,15 V pour une plage de tension d'entrée comprise entre 28 V et 40 V. Pour la plage d'affichage qui nous concerne, à savoir 31 V à 36 V, la variation de Vreg ne dépasse pas 0,1 V, ce qui est suffisant pour la précision requise ici.Remarque : le transistor Q1 nécessite un petit dissipateur thermique, surtout en mode d'affichage barre où la consommation peut atteindre 130 mA (voir paragraphe Corrections et remarques).
Echelle / Plage de tension d'entrée
Le pont diviseur résistif de tension, constitué de R1 et de R2 et situé à l'entrée du LM3914, est destiné à limiter la tension d'entrée qui sera lue par le circuit d'affichage, pour qu'elle ne s'approche pas trop du max toléré par ce dernier. La valeur des deux résistances R1 et R2 fait que l'on trouve sur l'entrée du LM3914 (borne 5), une tension à peu près égale au tiers de la tension d'alimentation d'entrée Vin, qui est la tension du set de batteries à laquelle vous raccorderez ce montage. La résistance série R8 de 39K, incluse entre le pont diviseur et l'entrée du LM3914, sert juste à limiter le courant d'entrée du circuit, qui en aucun cas ne doit dépasser 3 mA. Avec cette résistance, une tension de 100V, positive ou même négative, n'est pas dangeureuse pour le circuit. On peut craindre en effet des pointes de tension sur le circuit d'alimentation, quand le vélo électrique est en fonctionnement, et il serait dommage de griller le LM3914 à cause d'une bête petite surtension non contrôlée.La tension d'entrée qui doit provoquer l'allumage de la dernière led (Led6), est définie par la tension de référence appliquée sur la broche RHI (Ref High, référence haute, borne 6), alors que celle qui doit provoquer l'allumage de la première led (Led1), est définie par la tension de référence appliquée sur la broche RLO (Ref Low, référence basse, borne 4). La tension de référence haute RHI est fixée à 11,5 V, et la tension de référence basse RLO est fixée à 8,4 V. Ces deux tensions de références haute et basse sont définies par la valeur des résistances R5 et R7, qui forment avec les résistances internes du LM3914, un multiple pont diviseur résistif.
Mode d'affichage
L'affichage peut se faire en mode barre ou en mode point, selon la position de l'interrupteur SW1 Dot/Bar, qui relie au +Vreg ou laisse isolée la borne 9 du LM3914 (entrée de sélection de mode d'affichage). Si cette broche est reliée à la borne Plus de l'alimentation (SW1 fermé), l'affichage se fait en mode Barre (appelé aussi mode baregraphe). Si la broche 9 est laissée en l'air (raccordée à rien, SW1 ouvert), l'affichage se fait en mode point. Dans le cas présent, à vous de voir ce qui vous convient le mieux. Pour un affichage permanent, il est sans doute préférable de limiter le nombre de leds allumées simultanement pour limiter la consommation de courant au minimum, mais ce n'est pas une obligation. Penser aussi que si la tension d'entrée est supérieure à 37 V et que vous êtes en mode point, aucune des six leds ne sera allumée...Extension d'affichage
Il ne vous aura sans doute pas échappé que les trois premières sorties et la dernière sortie du LM3914 ne sont pas utilisées. Rien ne vous interdit d'ajouter des leds sur ces sorties inutilisées pour afficher une tension qui sort de la plage 31 V à 36 V. Sans aucune modification du circuit, la plage totale couverte est de 28 V à 37 V.Le schéma - Plage 31 V à 41 V
Deux résistances changent de valeur, il s'agit de R5 qui passe
à 12 KO et de R7 qui passe à 6 KO. Pour un schéma
avec toujours 6 leds. Si vous ne trouvez pas de résistance de 6
KO pour R7, mettez-en deux de 12 KO en parallèle.
Pour une répartition de la même plage de 31 V à 41 V mais avec 10 leds, vous pouvez adopter le schéma suivant, où R5 vaut 27,4 KO et où R7 vaut 12 KO.
Notez que pour conserver une bonne précision d'affichage, la tolérance (précision) de certaines résistances ne doit pas dépasser 1 %.
Le circuit imprimé
Non réalisé.Corrections et remarques
23/11/2009- Correction modèle transistor utilisé pour la régulation d'alimentation. Le modèle choisi précédemment (2N1711) ne pouvait pas supporter bien longtemps la dissipation thermique à laquelle il était soumis quand le mode d'affichage du LM3914 était le mode barre. Avec 41 V en entrée et 17 V en sortie transistor, on a une chute de tension de 24 V. Quand l'affichage se fait en mode point, la consommation totale est voisine de 20 mA, ce qui occasionne une dissipation de puissance de 480 mW dans le transistor. Le 2N1711 est capable de dissiper 800 mW, et convient donc avec le mode d'affichage en mode point. Mais en mode affichage Barre, la consommation s'éleve à 130 mA environ quand toutes les leds sont allumées, et là la puissance dissipée dans le transistor grimpe à plus de 3 W, ce que le pauvre 2N17111 à bien du mal à digérer. Bref, je l'ai remplacé par un transistor plus costaud de type BD139, qui supporte 10 W. Vous pouvez aussi utiliser un 2N3053A (préférez le 2N3053A au 2N3053) qui accèpte 5 W, mais dans tous les cas il faut un petit radiateur sur le transistor. Merci à Simon de m'avoir écrit pour me faire part de cette petite limitation, après avoir découvert qu'un transistor pouvait changer de couleur suite à surchauffe...