- autre - Améliorer la stabilité, blindage ?

[Guillaume3D]

Bonjour à tous,

Je m'attaque à l'électronique de mon projet d'imprimante résine maison. Voici le schéma actuel :

Je m'y connais vraiment peu en électronique, et j'aimerais que tout soit le plus stable possible. Il me semble qu'il faut un point de masse centrale, plutôt que des masses éparpillés. Je sais déjà qu'il faut séparer le plus possible les câbles de puissances de ceux des signaux, mais à part ça, est-ce qu'il y a des résistances, condensateurs, ou d'autres composants que je pourrais rajouter à des endroits stratégiques pour que tout soit le plus stable possible ?

La partie sensible est la matrice de LEDs, qui consomme 3,5A à 21V avec comme driver un DC Buck Converter qui limite le courant et la tension maximale. 

Je vous remercie pour votre aide  

Modifié (le) Octobre 22 par Guillaume3D

[electroremy]

Bonjour

ça tombe bien j'ai eu des problèmes similaires à gérer avec mon imprimante

parfois les blindages créent des soucis, j'avais blindé les nappes avec une tresse, j'ai dû la retirer

 

Il y a 14 heures, Guillaume3D a dit :

 

Je m'y connais vraiment peu en électronique, et j'aimerais que tout soit le plus stable possible. Il me semble qu'il faut un point de masse centrale, plutôt que des masses éparpillés. Je sais déjà qu'il faut séparer le plus possible les câbles de puissances de ceux des signaux,

Oui, tout à fait

Dans mon imprimante, j'ai fait une carte "puissance" séparée de la commande

Le principe est que les courants forts ne doivent pas occasionner de chute de tension dans les lignes de masse du circuit de commande

Voici deux photos extraites de mon post :

 

La carte puissance supporte les 9 transistors MOSFET

Si tu regardes attentivement, tu verras que j'ai soudé des fils pour apporter directement le + de l'alimentation à la borne source des MOSFET (de type canal P)

On voit toutes les soudures regroupées au dos de la carte, il y a des coup de feutre rouge et noir pour repérer les pôles + et - de l'alim. Ce n'est pas une vraie connexion en étoile mais ça s'en rapproche. Je ne voulais surtout pas faire des pistes de masse et d'alimentation fines, longue et sinueuses.

Pour l'alimentation des résistances de chauffage en 24V, c'est du câblage "direct", le +24V arrive via des fils de bonne section directement sur les sources des MOSFET, un fil relie au plus près le drain des MOSFET aux douilles bananes, la masse de l'alimentation 24V est connectée directement sur les douilles bananes noires, et ensuite une liaison équipotentielle repart de ces douilles pour être connectée à la masse de l'alimentation 12V et de l'imprimante. Cette liaison n'est parcourue par aucun courant fort.

 

S'agissant du blindage, c'est compliqué, il faut faire attention aux capacités parasites, aux impédances, aux boucles, ...

Plus les signaux sont rapides, plus les contraintes sont fortes.

Dans mon projet, les signaux sont lents, je n'ai pas été embêté. Tout ce qui est rapide est resté interne à la carte Rambo d'origine.

Essayer de rendre le câblage le plus court possible

Ne pas faire de boucles avec les fils véhiculant des courants forts ; exemple concret : mes résistances sont connectées en séries par groupe de deux, et j'aurais pu économiser du câble en faisant une boucle. Très mauvaise idée car cela engendre des champs magnétiques importants. J'ai relié chaque résistance par deux fils joints, et ensuite réalisé les connexions en série à l'autre extrémité. La surface de la boucle est réduite au minimum.

Une autre chose importante c'est l'impédance. Les entrées d'un circuit logique ou microcontrôleur peuvent avoir une impédance élevée, ce qui rend le circuit très sensible aux parasites. Les fils sont des antennes et l'impédance élevée fait qu'un minuscule courant parasite dans le fil va engendrer une tension non négligeable.

Une solution est d'abaisser l'impédance avec des résistances pour "charger" la liaison (bien sûr dans les limites acceptables par les sorties du circuit)

Autre exemple : il faut ajouter une résistance pour relier la gate des MOSFET à la source, c'est la résistance de 1K en haut à gauche ci-dessous :

Sinon, en l'absence de signal de commande, le BC547 en bas à gauche est bloqué et la gate sera "flottante" ; le comportement du MOSFET aléatoire (passant, bloqué, ou à moitié passant ce qui est pire)

 

Il faudra que tu fasses des essais.

Malheureusement, les plaques prototype "planche à pain" sont difficilement compatibles avec les signaux rapides. C'est déjà mieux si tu utilises des fils coupés à la bonne longueur au lieu des câbles Dupond.

 

Après, vu que tu utilises des modules tout faits, tu as un gros avantage : ces modules sont bien conçus et n'ont pas de problème de câblage "interne". Ce serait beaucoup plus difficile si tu avais dû dessiner toi même un circuit imprimé avec tous les composants. Il te reste néanmoins à relier ces modules entre eux. La documentation de tes modules contient peut être des indications intéressantes.

 

Autre astuce : si tu as une liaison de données qui n'a pas besoin d'être très rapide, réduis la vitesse de transmission (normalement cela est facile à faire dans le code source). Tu pourras avoir une liaison plus longues et moins sensible aux parasites.  

 

Il peut être utile de blinder... les câbles de puissance, pour éviter qu'ils rayonnent. La masse du blindage sera reliée à la masse à une extrémité.

 

Si tu as plusieurs alimentations, il est possible d'alimenter séparément les cartes de commande de celles de puissance. Sinon, il faut découpler les alimentations, mais normalement cela est intégré à chaque carte.

 

Eviter de "chainer" les alimentations, il faut mieux faire un câblage en étoile des alims, chaque module aura un câble d'alimentation qui va arriver sur les sorties de l'alimentation.

 

Enfin, si tu as des interrupteurs, des boutons poussoirs ou des relais, attention aux rebonds. Cela peut être géré par le logiciel du microcontroleur.

 

NB : si j'ai utilisé des MOSFET de canal P, c'est pour éviter de couper la masse des équipements alimentés.

C'est le + qui est coupé.

Cela rend nécessaire l'utilisation d'un transistor de commande intermédiaire (les BC547) mais c'est mieux ainsi.

Modifié (le) Octobre 23 par electroremy

[Guillaume3D]

Super @electroremy, merci beaucoup pour ta réponse, j'y vois déjà un peu plus clair  Uhm pas simple tout ça...

Que penses-tu des anneaux en ferrite ? "utilisées pour supprimer les interférences électromagnétiques et le bruit"

J'avais un soucis d'oscillation de la luminosité des LEDs après quelques heures d'impression, je n'ai pas encore identifié l'origine de ce problème. Les LEDs sont controlées par un relais PWM relié à une sortie de l'Arduino, tu penses qu'un anneau en ferrite pourrait supprimer les possibles interférences que peuvent recevoir ce câble ?

J'avais fait gaffe à avoir une masse commune et à me brancher le plus possible directement sur l'alimentation, une masse jamais coupée et le + toujours coupé que ce soit dans les relais ou les mosfets.

[electroremy]

Les anneaux en ferrite ne sont pas "miraculeux", ils agissent en complément

Il y a 6 heures, Guillaume3D a dit :

J'avais un soucis d'oscillation de la luminosité des LEDs après quelques heures d'impression, je n'ai pas encore identifié l'origine de ce problème. Les LEDs sont controlées par un relais PWM relié à une sortie de l'Arduino, tu penses qu'un anneau en ferrite pourrait supprimer les possibles interférences que peuvent recevoir ce câble ?

C'est la commande PWM qui est en cause. Causes possibles :

- Le programme de ton Arduino doit soit avoir un bug, ou alors une interruption ralenti ou interromp périodiquement la fonction qui gère le PWM

- le relais PWM a un soucis

Faits un test en branchant une LED normale à la sortie PWM

Y-a-t-il un feedback ? Si oui attention avec des LED il faut mesurer le courant et non la tension

[electroremy]

Il y a 11 heures, Guillaume3D a dit :

J'avais un soucis d'oscillation de la luminosité des LEDs après quelques heures d'impression, je n'ai pas encore identifié l'origine de ce problème. Les LEDs sont controlées par un relais PWM relié à une sortie de l'Arduino, tu penses qu'un anneau en ferrite pourrait supprimer les possibles interférences que peuvent recevoir ce câble ?

Question à la con : pourquoi a tu besoin de piloter les LEDs en PWM ?

Sur une imprimante résine, on ajuste l'exposition de chaque couche en faisant varier le temps d'exposition. Les LED sont soit allumées à fond ou soit éteintes.

J'aurais plutôt opté pour cette solution.

Ce que j'aurais même fait : ne pas alimenter les LED à fond, mais à 90% de leur puissance maxi, pour préserver leur durée de vie. Il est important de bien les refroidir ; une sonde de température du panneau des LED serait une bonne idée.

Autre remarque : tes LEDs sont reliées en série par groupe de trois et ensuite toutes en parrallèle

Il ne faut pas faire ça, car le courant dans chaque groupe de LED en série sera différent.

Il faudrait soit relier toutes les LED en série, seule façon d'avoir le même courant dans chacune.

Soit avoir une alimentation contrôlée en courant pour chaque groupe de LED monté en série.

[Guillaume3D]

Il y a 4 heures, electroremy a dit :

C'est la commande PWM qui est en cause.

Ça me chiffonne, car ça me le faisait alors que je mettais toujours 100% de la puissance (255). J'envisageais aussi une possible fatigue du driver, qui délivrait avec le temps et la chauffe une tension (ou un courant ?) moins stable.

il y a 18 minutes, electroremy a dit :

Question à la con : pourquoi a tu besoin de piloter les LEDs en PWM ?

Uniquement pour faire mes tests, je voulais pouvoir baisser numériquement la puissance des LEDs sans devoir démonter le driver et le régler (baisser la puissance si je m'apercevais que l'écran chauffait trop).

il y a 18 minutes, electroremy a dit :

une sonde de température du panneau des LED serait une bonne idée

C'est chose faite et encore amélioré avec la v2 ! J'ai 4 sondes maintenant, une sur le dissipateur, une sur les parois du réflecteur, une sous l'écran, et une pour mesurer la chaleur à l'intérieur du caisson

Mais la commande PWM est maintenant obsolète, je peux maintenant régler la tension et le courant max directement avec des potards sur mon panneau latéral, avec un écran qui affiche la tension/courant/puissance de l'ensemble. Mais bon, mon module est là donc je le garde dans le circuit pour faire mes tests (je peux donc le virer si je m'aperçois que c'est bel et bien lui le problème).

il y a 18 minutes, electroremy a dit :

Il faudrait soit relier toutes les LED en série, seule façon d'avoir le même courant dans chacune.

Soit avoir une alimentation contrôlée en courant pour chaque groupe de LED monté en série.

Uhm, ça m'embête je n'ai vraiment pas la place pour mettre 3 drivers et je suis obligé de rester sous les 24V À part une luminosité accrue sur un ou deux groupe de LEDs branchées en série, ça peut poser un autre problème ? Il n'y a pas des composants que je peux souder entre les groupes pour faire un courant égal ?

Modifié (le) Octobre 23 par Guillaume3D

[electroremy]

Il y a 9 heures, Guillaume3D a dit :

Uhm, ça m'embête je n'ai vraiment pas la place pour mettre 3 drivers et je suis obligé de rester sous les 24V À part une luminosité accrue sur un ou deux groupe de LEDs branchées en série, ça peut poser un autre problème ? Il n'y a pas des composants que je peux souder entre les groupes pour faire un courant égal ?

Oui c'est très gênant.

On ne commande jamais une LED en tension, mais en courant.

Une LED, c'est avant tout une diode. Elle a une tension de seuil. Lorsque la tension appliquée à ses bornes est inférieure au seuil, le courant ne passe pas. Puis dès que la tension arrive au niveau du seuil, le courant augmente très vite alors que la tension augmente très peu (la tension reste à peu près égale au seuil)

On doit donc alimenter une LED avec une source de courant.

Tu va avoir un courant trop élevé dans certaines LED et pas assez dans d'autres. En plus du manque d'homogénéité de l'éclairage, tu risque de griller certaines LED ou de les user prématurément.

On peut ajouter une résistance en série avec chaque groupe de LED, cela équilibrera le courant, mais tu auras une chute de tension dans la résistance (normal, c'est le principe) et ces résistances vont chauffer pas mal. Il faudra prendre des résistances de puissance ; il est possible de les placer en dehors de la zone de l'écran pour éviter qu'il y ait des calories inutiles encore en plus à cet endroit.

Le courant dans la LED est alors égal... au courant dans la résistance I = U / R

U est la tension aux bornes de la résitance, égale à la tension de l'alimentation moins la tension de seuil des LED en série.

Comme la tension de seuil des LED est à peu près constante, on voit que la résistance permet en quelque sorte de régler le courant en faisant varier la tension de l'alimentation.

En pratique, la tension de seuil des LED va varier un peu en fonction du courant, mais aussi en fonction de la température et de la tolérance de fabrication... Il faut donc que la résistance ne soit pas de trop faible valeur pour contrôler le courant avec une précision acceptable.

Il existe des circuits spécifiques pour piloter les LED de puissance (des drivers de LED) ; c'est plutôt ça que tu aurais dû utiliser.

A bientôt

Modifié (le) Octobre 24 par electroremy

[Guillaume3D]

Il y a 9 heures, electroremy a dit :

Il existe des circuits spécifiques pour piloter les LED de puissance (des drivers de LED) ; c'est plutôt ça que tu aurais dû utiliser.

Je pilote pourtant mes LEDs en courant, avec un tension très légèrement supérieur à la tension nominale (mais avec un courant légèrement réduit, pour avec une marge de sécurité). C'est la même chose que de les piloter en puissance ?

Mes LEDs sont indiqués pour 7V chacunes, avec une conso de 700ma. J'en ais 15, 3 branches en série et 5 en parallèle. J'ai réglé mon convertisseur à 3,3A max (5*700ma*0,9) avec une tension de 23V (3*7+2 de sécu).

Merci pour la piste des résistances, je vais étudier ça !

[electroremy]

il y a une heure, Guillaume3D a dit :

Je pilote pourtant mes LEDs en courant, avec un tension très légèrement supérieur à la tension nominale (mais avec un courant légèrement réduit, pour avec une marge de sécurité). C'est la même chose que de les piloter en puissance ?

Tu ne peux pas les piloter en courant, car tu a branché les groupes de 3 leds en parrallèle.

En fait, tu pilotes le courant TOTAL, mais tu ne peux pas contrôler comment le courant indivuduel dans chaque groupe de 3 leds monté en parrallèle 

La répartition se fait au petit bohneur la chance en fonction des tolérances des leds et des résistances parasites des connexions.

Ce sont des principes de base de la loi d'Ohms, de la loi des noeuds, ect... 

Quand tu as plusieurs récepteurs alimentés en parrallèle, tu contrôle leur tension mais pas le courant dans chaque.

Quand tu as plusieurs récepteurs en série, tu contrôle le courant mais pas la tension dans chaque.

(Un récepteur, dans ton schéma, c'est chaque petit groupe de 3 leds en séries.)

Dans ton schéma :

- tu contrôles la tension globale

- tu contrôles le courant total

- tu ne sais pas quel est le courant dans chaque groupe de 3 leds, la seule chose certaine c'est que dans un groupe de 3 leds, le courant dans chacune des 3 est identique, mais inconnu.

Il faudrait ajouter une résisance en série dans chaque groupe de 3 leds, 

Tu as 7V dans chaque led => 3 x 7V = 21V, comme ton alimentation est de 24V, tu auras 3V dans la résistance. Ce n'est pas beaucoup, mais cela devrait tout de même équlibrer le courant.

Il faudra en pratique ajuster la valeur de la résistance : faire le câblage, mesurer le courant dans chaque branche avec un ampéremètre et modifier la valeur de la résistance. Il te faut un lot de résistances de puissances de différentes valeurs. On peut aussi ajuster la valeur d'une résistance en en mettant une autre en série ou en parrallèle.

[Guillaume3D]

Bon et bien j'aurais dû faire plus gaffe J'ai presque entièrement remonté la machine (il manquait plus que le réservoir) et lors de mes premiers tests j'ai cramé la moitié de mes LEDs plutôt rapidement...

Après analyse, c'est mon potard de régulation de tension qui est HS et qui délivrait donc du 24V au lieu de 21V. Ça a cramé au moment où j'ai commencé à faire joujou avec la commande en PWM, elles étaient donc alimenté en 24V par intermittence. Pour régler ça :

-> Nouveau potard pour la régulation de tension

-> Plus de PWM, le MOSFET sera piloté depuis une sortie numérique

Je vais éplucher la datasheet de mon régulateur de tension/courant, pour dimensionner un combo condensateur/résistance/diode pour lisser la tension de mon régulateur qui semble se fatiguer au bout de plusieurs heures .

[Kachidoki]

Hello,

Comme l'a dit @electroremy, les LED ça se pilote en courant. Ce n'est donc pas un régulateur de tension qu'il te faut mais un/des régulateurs de courant, ou directement un driver de LED. T'en as pour quelques centimes sur Ali.

Le problème avec le pilotage en tension sans résistance c'est que tu n'as aucun équilibrage, c'est la résistance dans les câbles et soudures qui jouent ce rôle. Sauf que dès qu'une LED meurt, la tension remonte un peu et ça fait boule de neige sur les branches voisines qui montent en courant.

[Guillaume3D]

il y a 15 minutes, Kachidoki a dit :

Ce n'est donc pas un régulateur de tension qu'il te faut mais un/des régulateurs de courant, ou directement un driver de LED. T'en as pour quelques centimes sur Ali.

C'est fondamentalement différent d'un limitateur de tension/courant ? Lors de mes tests je ne touchais qu'au potard de courant, de 0,2A à 0,8A la tension s'ajustait toute seule de 17 à 19V environ. Je n'ai pas envie de vous faire vous répéter, mais c'est vraiment un domaine que je ne maîtrise pas Si les liens Ali sont autorisés sur le forum, tu peux m'en envoyer un s'il te plaît ? J'avais regardé mais c'était vraiment des gros modules, et pas à moins de 30/40€.

[electroremy]

Ca craint, même si tu as des LED qui ont survécu, elles risquent d'avoir pris un coup...

Tout dépend de ce que tu souhaites faire avec cette imprimante. Si tu veux imprimer de bonnes pièces avec, il faudrait racheter un lot de LED et, cette fois-ci, bien les alimenter en contrôlant le courant.