Besoin de conseils pour conception

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Falkor
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Besoin de conseils pour conception

Message par Falkor »

Salut à tous,

Je me permet de taper encore un peu dans le hors sujet mais je souhaiterai avoir un petit coup de pouce pour un futur projet au boulot.

Pour résumer, j'ai besoin d'un système permettant de générer un très grand nombre de sorties analogiques (en tension, genre 0..10v), à savoir environ 150. Je précise que je n'ai pas besoin d'une grande réactivité sur le système (les valeurs de sorties ne vont pas varier rapidement dans le temps), la contrainte étant le nombre, et surtout la stabilité de la valeur de sortie dans le temps, qui encore une fois ne va pas être rafraichie forcément souvent. (après je peux boucler...)

Je suis évidemment en train de regarder une solution à base d'automate + grand nombre de modules sortie analogiques, solution qui techniquement pourrait convenir, mais peut-être un peu trop performante vis à vis de mon besoin.

J’aimerai donc envisager un plan B, avec l'utilisation soit d'un très grand nombre de convertisseurs D/A pilotés pa microcontrôleur, ou bien un seul convertisseur dont j'enverrai la sortie dans X "échantillonneurs-bloqueurs" analogiques qui permettraient de conserver la valeur. Ou bien encore X registres à décalage reliés à X réseaux de résistances R-2R. (je n'ai pas forcément besoin d'une très grosse résolution, encore que 8 bits semble peu).

J'ai fait quelques recherches mais sans forcément trouver de solution technique simple. Encore une fois la solution automate pourrait convenir, mais le cout pouvant être pénalisant j'aurais souhaité voir une solution électronique "bis" (même si j'ai parfaitement conscience que même si le matériel est moins cher il faudra que j'intègre le cout du développement). Mais je bute pour l'instant sur la recherche de solutions type échantillonneur bloqueur multi-voies, sachant que ma contrainte à ce niveau là est la parfaite stabilité de la sortie dans le temps...

Auriez-vous des pistes ou des idées de solutions techniques pouvant répondre à ce besoin ?

J'ai commencé à trouver des choses comme ça...

Merci d'avance !!
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Re: Besoin de conseils pour conception

Message par Pocket »

Salut,

Manque quelques infos : précision de la valeur, dérive acceptable dans le temps et en température, caractéristiques de la charge (puissance absorbée), interface de commande, etc.

Peut être serait il plus simple de nous dire à quoi vont être interfacées ces sorties analogiques.

A+
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Falkor
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Re: Besoin de conseils pour conception

Message par Falkor »

Précision de la valeur : pas encore sûr pour le moment, j'aimerai arriver à une résolution entre 11 et 12 bits pour chaque voie.

Dérive acceptable dans le temps : c'est ce que les datasheets appellent le "droop Rate" pour un "sample and hold" ? Si j'ai bien compris (je ne connais pas du tout ce genre de composants) c'est exprimé directement en mV/s ? Je vais dire 1/2 LSB entre deux rafraichissements comme la datasheet citée plus haut.

Interface de commande : de base il s'agit d'une info issue d'un logiciel dans un PC, possibilité d'envoyer ça à un microcontrôleur.

Charge : haute impédance, typiquement un AOP.

La finalité de la manip consiste à venir piloter individuellement la puissance de sortie de diodes lasers (pilotage en courant). J'aurais donc un circuit de commande qui va transformer ma tension de pilotage en variation de courant pour ma diode laser. Ce montage n'est pas encore conçu (je n'ai pas encore la plage de variation en courant des diodes lasers, mais ça va venir bientôt). J'ai vu passer des choses comme ça, mais beaucoup trop élevées en courant. Mais à priori grosse impédance d'entrée pour la charge.
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Totor le Butor
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Re: Besoin de conseils pour conception

Message par Totor le Butor »

Pilotage de 150 diodes lasers d'un seul coup :shock: !

Quelque soit la puissance finale à délivrer, tu as plutôt intérêt à te tourner vers une solution à base de commande d'un mosfet par PWM plutôt qu'une solution analogique dans laquelle chacun des étages va rajouter une erreur.
Je ne parle même pas (enfin si un peu quand même :mrgreen: ) des inévitables parasites qui risquent de te pourrir très vite la vie multiplié par 150 étages :? .
Un tel montage risque de très mal vieillir particulièrement pour l'étage de sortie ainsi que la diode laser.

L'avantage d'une commande PWM c'est que tu conserves la précision de la commande jusqu'à la diode laser et tu n'es pas limité par la résolution d'un convertisseur D/A.
De plus, au niveau sécurité, tu joues sur du velours car si ton système tombe en panne, 99,99 fois sur 100 tu n'auras pas de commande de l'étage de puissance et tu ne risque donc pas de découper en rondelle un éventuel opérateur trop maladroit.
La mise sous tension aussi est sécurisée puisque c'est ton programme qui va commander l'allumage alors qu'avec une chaîne de commande analogique... :evil: .

Le prototypage est lui aussi simplissime, tu peux commencer avec les sorties PWM d'un arduino et commander de simples leds par un mosfet. Après, tu pourras te tourner vers des circuits spécifiques tel le PCA9685 ou le VAS6685 qui comporte 18 PWM indépendants sur une empreinte de 28 pins --> ton cuivre restera dans des proportions acceptables avec 10 circuits et quelques "bricoles" aux alentours.

En fait cela revient à fabriquer un variateur de lumière à 150 canaux 8) .

Je ne connais pas la finalité mais si tu veux contrôler finement la puissance finale du laser, là ce n'est plus la même limonade, il va te falloir une boucle de contre réaction dont la source sera une prise de luminosité à travers un prisme en sortie de laser.
Ce n'est pas que c'est très compliqué à concevoir mais les coûts seront démentiels et la mise au point problématique :? .
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Falkor
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Re: Besoin de conseils pour conception

Message par Falkor »

Totor le Butor a écrit : 20 oct. 2021 14:44 Pilotage de 150 diodes lasers d'un seul coup :shock: !
J'ai un proto qui fonctionne avec 50 :wink:
Totor le Butor a écrit : 20 oct. 2021 14:44 Quelque soit la puissance finale à délivrer, tu as plutôt intérêt à te tourner vers une solution à base de commande d'un mosfet par PWM plutôt qu'une solution analogique dans laquelle chacun des étages va rajouter une erreur.
Alors le projet est dans une phase trèèèèèèèèèèèès embryonnaire, aucune solution technique n'est actuellement choisie ou écartée. Actuellement dans mon proto à 50 lasers, la régulation est faite manuellement avec des petites alimentations à courant constant. L'idée est de remplacer le réglage manuel par une solution plus autonome.

Le PWM m'inquiète car ce que j'ai pas dit (désolé :oops: ) c'est que le laser est filmé à très haute vitesse, et que j'ai peur que le pwm ne provoque des défauts de scintillement. (Mais il est certainement possible de faire du lissage, peut-être avec un petit réseau RC ?)

Là tout de suite je recherche des technos me permettant de résoudre le problème, il va évidemment me falloir pas mal d'expérimentations pour valider le fonctionnement des différents sous ensembles.
Totor le Butor a écrit : 20 oct. 2021 14:44 L'avantage d'une commande PWM c'est que tu conserves la précision de la commande jusqu'à la diode laser et tu n'es pas limité par la résolution d'un convertisseur D/A.

De plus, au niveau sécurité, tu joues sur du velours car si ton système tombe en panne, 99,99 fois sur 100 tu n'auras pas de commande de l'étage de puissance et tu ne risque donc pas de découper en rondelle un éventuel opérateur trop maladroit.
Tu as 100% raison, après la puissance de chaque laser est de quelques mW seulement. :P Mon objectif est de faire simple et robuste.
Totor le Butor a écrit : 20 oct. 2021 14:44 Je ne connais pas la finalité mais si tu veux contrôler finement la puissance finale du laser, là ce n'est plus la même limonade, il va te falloir une boucle de contre réaction dont la source sera une prise de luminosité à travers un prisme en sortie de laser.
Ce n'est pas que c'est très compliqué à concevoir mais les coûts seront démentiels et la mise au point problématique :? .
La finalité serait un peu longue à expliquer (vision artificielle dans du bois) mais la contre réaction est faite par observation de la tache laser via une caméra. Mais pas de façon permanente ! On regarde la tache, on ajuste la puissance et on y touche plus (aux questions de déviations diverses près...)

Merci de tes conseils ! :)
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Totor le Butor
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Re: Besoin de conseils pour conception

Message par Totor le Butor »

Effectivement si tu filmes à grande vitesse tu peux avoir du scintillement mais ça dépend de ce que tu appelles grande vitesse et ça dépend du réglage du PWM. tu peux très facilement faire le test avec un Arduino avec ta diode laser connectée par l'intermédiaire d'un transistor.
En fait ce que je crains avec une solution à base de convertisseur D/A c'est la taille de ton cuivre et le nombre de circuits car tu risques d'atteindre les 200 pavés avec des DAC mono canaux (les doubles sont hors de prix) et des quadruples ampli-op. Il faudra régler à la mano le gain de chaque ampli op et de chaque générateur de courant pour avoir un niveau de sortie identique partout. Le design du cuivre risque d'être compliqué, blindage, couche écran, découplage de chaque canal... Je passe sur la câblerie vers la ou les cartes de puissances qui va rendre jaloux un plat de spaghetti :lol: .

Ps: un petit réseau RC sur le PWM , hum... ça va beaucoup moins bien marcher :cry: , la plage de réglage sera très étroite.
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Re: Besoin de conseils pour conception

Message par Falkor »

J'ai échangé avec mon fournisseur d'automates, pour moins de 2k€ j'ai un automate avec 160 sorties PWM (1 kHz). :P

Arff un filtre RC ça va me plomber mes performances ? Même si je le passe entre le transistor et la led ? (sur la partie puissance ?). Grande vitesse ? Oui 3000 fps :oops:

Existe-il des circuits simples permettant de convertir un train de pulses en variations de courant :?:
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Re: Besoin de conseils pour conception

Message par __sam__ »

Falkor a écrit : 21 oct. 2021 07:54 ...1 kHz...
Grande vitesse ? Oui 3000 fps :oops:
C'est 3x la vitesse max du PWM!
Samuel.
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Re: Besoin de conseils pour conception

Message par Falkor »

Oui ! Alors 3k fps c'est un très grand max, la valeur moyenne est un peu plus basse mais j'aimerai que le système puisse supporter un tel maximum. D'où mon souhait d'envisager une conversion PWM tension ou courant en toute fin de circuit.

J'ai repéré des choses chez Analog....
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Re: Besoin de conseils pour conception

Message par Papy.G »

Si tu dois filmer aussi vite, oublies le pwm, oa risque de devenir coûteux, les DAC semblent la meilleure solution, mais il faudra faire un design de bus chainable avec des cartes empilables pour optimiser la mise au point et la maintenance.

Sinon, des potars motorisés, mais ca va être une usine à gaz à la fin. :mrgreen:
Soyez exigeants, ne vous contentez pas de ce que l'on vous vend.
Demandez-en plus, ou faites-le vous-même.
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Re: Besoin de conseils pour conception

Message par Totor le Butor »

Oui, c'est vrai, on peut très bien imaginer une solution à base de potar motorisé mais si on part par là maintenant on fait beaucoup mieux.
En effet il existe des potars entièrement digitaux qui se commande par I²C ou SPI ceux ci par exemple chez Analog Device .
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Re: Besoin de conseils pour conception

Message par Falkor »

Utiliser des convertisseurs PWM-> tension comme j'ai montré plus haut ne semble pas être une bonne idée ?

L'automate cité plus haut possèdes des modules à 16 sorties PWM sur nappe, et Analog font des convertisseurs PWM-> tension avec 4 voies/boitier, ce qui me ferai des cartes identiques à 16 voies.

J'ai besoin de faire des essais pour voir si la puissance de sortie de mes petits lasers se "pilote" mieux en courant ou en tension. (et surtout que j'en déduise les plages concernées...)

Potar numérique je ne connais que très peu, je vais parcourir la doc donnée au dessus. Merci !
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Re: Besoin de conseils pour conception

Message par Falkor »

Existe t'il des potentiomètres (non mécaniques) pilotés en tension et non pas en digital ?

Potentiomètres digitaux pourquoi pas, mais j'ai peur que la partie décodage et pilotage ne soit pas simple... Un automate avec X sorties me semblerai plus simple à gérer et à piloter, ce qui me ramènerai à avoir 10 fois la même carte électronique (une par module PWM) avec 16 sorties.

Je ne sais pas trop ce qu'il existe comme solutions pour avoir un grand nombre de voies sur une liaison SPI ou i2c...
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Re: Besoin de conseils pour conception

Message par Falkor »

Je suis en train de regarder les "drivers de led", certains sont a priori ajustables par PWM.... C'est peut-être ce qu'il me faut ?

J'ai trouvé ceci par exemple, qui possède une entrée "dimmable", courant max environ 20 mA. Je ne sais pas par contre si le courant de sortie est directement proportionnel à la valeur de la PWM d'entrée, et si on est encore sur une sortie linéaire ou pulsée ?

En tout cas si c'est ça je pourrais directement utiliser mon info PWM de mon automate ! (Bon à un changement de niveau près).
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Re: Besoin de conseils pour conception

Message par Totor le Butor »

On peut imaginer X solutions avec Y variantes mais il ne faut pas oublier que tu dois commander 150 lasers et donc 150 circuits individuels et plusieurs centaines (milliers ?) risques de pannes :evil: .
A mon avis tu dois privilégier et chercher la simplicité et la robustesse dans un premier temps puis, si ça ne convient pas, améliorer et donc complexifier le circuit.
Par exemple :
1 - Une sortie PWM attaque directement un Mosfet -> possible pb de scintillement lors de la prise de vue.
2 - Pour supprimer le scintillement, on intercale un petit réseau RC (~100K et 1µF dans la grille du Mosfet. -> possible pb de perte de puissance et mauvaise commande du Mosfet.
3 - Pour mieux commander le Mosfet on intercale entre la sortie PWM et le Mosfet un ampli op qui intègre le filtre (quel ampli op, prévoir alim spécifique.

Si 1 ne convient pas la modif en 2 est facile et rapide à mettre en œuvre et n'apporte quasiment pas de risque à moins de choisir un vieux petit tantale goutte :mrgreen: . Si tu arrives en 3 il est quasiment certain que tout fonctionne correctement mais au prix d'un ensemble beaucoup plus complexe et long à mettre au point .

Ce que je veux dire c'est que la phase de prototypage peut être très rapide et en moins d'une journée tu pourras peut-être valider une solution si non tu pourras commencer à envisager des solutions plus complexes (DAC, potentiomètre numérique...) pour finir par demander à un bureau d'étude :shock: .
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