Schéma variateur de lumière 0-10V

Ce schéma de variateur de lumière fonctionne avec une entrée 0-10V qui gradue la luminosité d'ampoules jusqu'à 1000W ou 2000W. Il ne comporte aucun composant spécifique ni de microcontrôleur ou autre circuit intégré DMX ou autre.

Cahier des charges du variateur de lumière 0-10V

On souhaite un schéma complet d'un variateur de lumière piloté par une tension analogique 0-10V. La tension 0-10V est une tension continue qu'on peut ajuster entre 0V et 10V à l'aide d'un potentiomètre de la table de mixage (console lumière avec sorties 0-10V).

0V : pas de lumière (0%)

10V : lumière à fond (100%)

de 0V à 10V : graduation progressive continue (par exemple 3V : 30% de lumière)

console lumière non reliée (entrée du gradateur reliée à rien) : pas de lumière (0%)

fonctionnement basé sur triac et optotriac pour l'isolation électrique

Schéma du variateur de lumière avec commande 0-10V

Voici le schéma du variateur (gradateur) de lumière 0-10V :

Variateur de lumière 0-10V : le schéma

Avec la partie alimentation, le schéma complet du variateur 0-10V :

Les explications détaillées de ce variateur de lumière piloté en 0-10V sont données ci dessous, en particulier pour les ajustements des potentiomètres P1 et P2.

Principe de fonctionnement du variateur de lumière 0-10V

Détection et synchronisation au secteur

La commande de l'optotriac qui pilote le triac doit se faire en synchronisation avec le secteur. A chaque demi-période, il doit y avoir une impulsion de commande pour amorcer le triac pour le restant de la demie alternance du secteur. C'est le passage par zéro du courant dans le triac qui le bloque. Pour pouvoir piloter le triac T2 avec l'optotriac, il faut garantir que la LED de l'optotriac soit éteinte à chaque passage par zéro du secteur. En fait, il faut qu'elle soit déjà éteinte un peu avant. Ici, on se base sur le passage par zéro de la tension secteur (rien ne mesure le courant dans le triac T2 et la charge). On suppose donc que la charge est résistive et que courant et tensions sont bien en phase. Sur charge inductive, le variateur risque de ne pas fonctionner correctement. Le principe de fonctionnement du variateur de lumière à triac est expliqué ci dessous :

Fonctionnement du gradateur (variateur) de lumière 0-10V

La conception de ce variateur repose sur un signal de commande de l'optotriac basé sur :

- début ajustable par la tension 0-10V

- fin de la conduction de la LED 1ms avant la fin de la demi-alternance

Le début est ajustable et détermine donc l'instant de l'amorçage du triac. La fin de l'impulsion avant la fin de la demi-alternance du secteur garantit l'absence de commande intempestive.

Exemples de fonctionnement du variateur 0-10V

Plus l'impulsion de commande débute "tôt", plus la durée de conduction du triac sera grande. C'est cela qui permet de graduer la tension efficace sur l'ampoule, et donc sa luminosité.

A 0V d'entrée, il n'y a aucune impulsion. Lorsque la tension 0-10V est faible, par exemple 1V, l'allure de la commande ressemble à cela :

Variateur de lumière 0-10V à 1V

Lorsqu'on augmente la tension 0-10V, l'impulsion débute un peu plus tôt :

Variateur de lumière 0-10V à 3V

Lorsque la tension 0-10V est "à fond", on souhaite une conduction maximale du triac, pour que l'ampoule ait la totalité des 230V à ses bornes (elle brille à 100%). Ci dessous, on voit qu'il reste ici une petite "perte" qui représente très peu :

Variateur de lumière 0-10V à 10V

En fait, on peut même optimiser la commande en laissant la LED briller en permanence. L'optotriac est prêt à se réamorcer en permanence. Cela garantit les 100% de luminosité. La chute de tension aux bornes du triac passant est de 1V environ, il reste donc 229V si le secteur vaut 230V (soit 99.1% de la puissance qu'on aurait si l'ampoule était branchée directement).

C'est d'ailleurs ce que fait astucieusement le variateur proposé ici. Nous allons le voir plus bas.

Pourquoi assurer un état éteint de la LED avant le passage par zéro du secteur

Il est essentiel de garantir que le triac est bloqué à l'instant du passage par zéro de la tension secteur. Il faut en fait garantir une durée entre la fin de la commande de l'optotriac et le passage par zéro du secteur pour tenir compte des retards de propagation (dans le comparateur, le transistor, l'optotriac, le triac). Disons que le courant dans la LED de l'optotriac doit avoir déjà cessé depuis un "certain temps" quand le secteur passe par 0.Si on néglige cette durée, le triac va rester passant à l'alternance suivante : on pourrait dire qu'il rate le passage par zéro pour s'ouvrir et reste passant sur toute la demie alternance suivante. Ci dessous, un exemple de qu'on souhaite éviter :

Conduction non souhaitée du variateur 0-10V

Si le variateur a sauté une demi-alternance, il risque d'en sauter d'autres : l'ampoule restera désespérément allumée ou clignotera de façon aléatoire...

Voilà pourquoi il faut garantir cette durée "tampon" ou "temps mort" entre la fin de l'impulsion et le passage par zéro du secteur. La fin de l'impulsion doit donc "anticiper" le passage par zéro du secteur. Empiriquement, il faut au moins 0.5ms. On fixe une durée de 1ms.

Venons-en au schéma et au choix des composants.

Schéma et fonctionnement du variateur de lumière 0-10V

Synchronisation à partir du transformateur d'alimentation

L'alimentation du variateur doit se faire par un transfo tôle (pas une alimentation à découpage. Le transfo d'alimentation est un transfo tôles (pour le 50Hz) qui sert à :

- créer l'alimentation symétrique du circuit

- créer un signal synchronisé avec la tension secteur.

Tout transfo entre 2x6V et 2x12V convient. Une puissance de quelques VA est suffisante. L'alimentation symétrique est générée par un pont de diodes et 2 condensateurs (C1 et C2). C1 et C2 peuvent faire 2200uF.

Les régulateurs linéaires LM317 et LM337 créent des tensions stabilisées pour le variateur de lumière à proprement parler. La tension négative doit pouvoir être ajustable pour régler la correspondance entre la tension 0-10V et la variation sur l'ampoule (sortie triac). Cette tension est ajustée par P1. R4 et R5 servent pour limiter la plage de variation possible et ainsi avoir une meilleure précision sur l'ajustement de cette tension. On peut choisir R5 = 220 Ohms pour une plus grande plage de réglage. Le LM317 a besoin de C3 et C5 pour son fonctionnement. De même, le LM337 utilise C4 et C6 pour son fonctionnement.

Alimentation du variateur de lumière : elle sert aussi de synchronisation au secteur

Brochage des régulateurs LM317, du LM337 et du 7805

Synchronisation secteur pour le variateur

Le variateur doit garantir des temps "morts" sans conduction de l'optotriac. Ces temps morts doivent débuter avant le passage par zéro du secteur. C'est là que le comparateur IC1 intervient.

R9 et P2 jouent le rôle d'une source de courant constant pour la charge négative de C8.

Fonctionnement de IC2 du variateur

Ce variateur est prévu pour se connecter sur une console qui donne des tensions 0-10V. Chaque voie donne une tension continue qui varie entre 0V et 10V. On souhaite que le variateur réagisse de cette façon :

- entrée à 0V : lumière éteinte, triac toujours bloqué

- entrée à 10V : lumière allumée à fond (plein feu), triac passant 100% du temps

- de 0V à 10V : variation douce et progressive de 0% à 100%

Lorsque la tension d'entrée du variateur est à 0V, le variateur doit être éteinte, mais dès que la tension d'entrée commence à augmenter, le variateur doit commencer à faire briller l'ampoule 230V.

C'est le rôle du comparateur IC2. La tension d'entrée du variateur 0-10V est atténuée et décalée par le pont diviseur R11 et R12 :

Décalage de la tension d'entrée 0-10V par R11 et R12

IC2 compare la tension continue au signal triangle, et pilote en conséquence la LED de l'optotriac MOC3023.

Ajustement des seuils du 0-10V

1. Mettre la console "à fond" pour qu'elle donne sa tension maxi (proche de 10V). P1 ajuste la tension négative d'alimentation (où est branchée R12). Ajuster P1 pour que la tension sur l'entrée négative de IC2 soit à peine supérieure à 0V (20mV à 100mV).

2. Mettre la console à 0 pour qu'elle donne sa tension mini (proche de 0V). P2 ajuste l'amplitude négative du signal triangle. Ajuster P2 pour que l'ampoule soit éteinte, mais qu'un léger mouvement sur P2 commence à la faire briller.

Le variateur 0-10V est ajusté et prêt. Lumière !