Hacheur série : schéma

nina67

Nina67 - Le 8 nov. 2013 11:45
Mise à jour : Le 23 juil. 2015 05:40

3.3 pour 10 vote(s)

Voici un schéma d'un hacheur série simple à réaliser qui peut servir de variateur de vitesse pour moteur par exemple.

Schéma du hacheur série

Voici le schéma tant attendu du hacheur série.

hacheur serie schema 0

Hacheur série : le schéma

Fonctionnement du hacheur série

Pour illustrer très simplement le principe de fonctionnement d'un hacheur série, il faut imaginer un interrupteur (le hacheur) qui est tantôt ouvert, tantôt fermé, très très rapidement :


hacheur serie schema 1

Principe de fonctionnement du hacheur série

L'ampoule n'a pas le temps de s'allumer ou de s'éteindre complètement : sa luminosité dépend donc de la proportion du temps où elle est sous tension (réglable de 0% à 100%).

Pour plus de détails sur le principe de fonctionnement du hacheur série :

/electronique/le-hacheur-serie-principe-de-fonctionnement

Concernant le schéma présenté ici dans Astuces pratiques, voici quelques explications sur le choix des composants.

Le hacheur série repose sur un circuit intégré (le SG3525) qui pilote la grille du transistor mosfet T2. Le transistor T2 se comporte comme un interrupteur qui peut relier la borne "Sortie -" à la masse ou pas.

D4 est la diode de roue libre nécessaire si la hacheur fonctionne sur charge inductive (appelée RL à cause de l'inductance L et sa résistance série R). La continuité du courant dans la charge inductive (RL) est assurée par la diode de roue libre D4 lorsque le hacheur s'ouvre. La diode interne du transistor ne sert jamais et ne peut en aucun cas remplacer D4 dans ce montage ! Le courant ne "remonte" en effet jamais dans le transistor de la source vers le drain.

hacheur serie schema 2

Principe de fonctionnement du hacheur et sa diode de roue libre

La résistance R4 est de très faible valeur. Elle permet de créer une tension proportionnelle au courant qui circule dans le transistor hacheur (simple loi d'Ohm). Cette méthode pour détecter une surintensité est très économique, mais engendre de la dissipation de chaleur dans la résistance. Si cette tension atteint un seuil (ici, l'entrée en conduction de T1 autour de 0.7V), une protection se déclenche. Le seuil a lieu autour de 7 Ampères (en pratique, un peu plus).

A un courant de 7A, la dissipation vaut 0.1 x 7² = 4.9W.

Mais à un courant de 3A, la dissipation est inférieure à 1W :vaut 0.1 x 3² = 0.9W.

Choix du transistor hacheur

Pour dimensionner le hacheur série, il faut connaître :

- la tension maximum appliquée entre drain et source. Ici, c'est 35V, mais il faut une marge à cause des surtensions transitoires lors des commutations du hacheur- le courant maximum : ici 7A environ. Pour limiter l'échauffement du transistor, il faut qu'il puisse laisser passer un courant bien plus grand (avoir une résistance Rdson faible)

Par ailleurs, il faut un transistor qui se contente de 3V ou 4V sur sa grille pour être déjà passant. On ne peut pas utiliser n'importe quel transistor mosfet de puissance. On retient ici le IRL540 (équivalent du SiHL540). Il peut déjà laisser passer 10A à une tension de grille de 3V seulement.

Les caractéristiques de ce hacheur sont :

VDS = 100V (bonne marge par rapport aux 35V)ID = 28A (boitier à 25°C)

Il faut monter le transistor sur un petit radiateur : une plaque de 3x3 cm d'alu convient. Attention, le boitier du transistor est au potentiel du drain. Le radiateur doit être isolé du transistor (mica + rondelle isolante) ou bien le radiateur ne doit entrer en contact avec rien.

Choix de la diode de roue libre

Pour dimensionner la diode de roue libre, il faut connaître :

- la tension max en inverse (ici 35V)- le courant moyen maximum (ici 5A au pire)

La diode 6A6 fait très bien l'affaire (6A 1000V). Une diode 6A2 convient aussi (6A 200V). On peut utiliser deux 1N5404 ou deux 1N5408 en parallèle.

Commande du hacheur : le SG3525

Le hacheur est commandé par un circuit intégré destiné aux alimentations à découpage.

Rapport cyclique

La patte 16 du SG3525 génère une tension stabilisée de 5V (régulateur linéaire interne). Le potentiomètre P2 crée une tension ajustable de 0V à 5V. Sa valeur est libre entre 10k et 250k (on peut donc mettre un peu n'importe quel potentiomètre récupéré).

Le rapport cyclique du hacheur suit ce fonctionnement :

de 0V à 1.0V sur In+ (patte 2) : 0%de 1.0V à 3.2V sur In+ : variation progressive de 0% à 100%de 3.2V à 5.0V : 100%

C'est en jouant sur ce potentiomètre qu'on règle la tension moyenne de sortie, et donc par exemple la vitesse de rotation du moteur branché à la sortie du hacheur. C7 stabilise la tension continue ajustée par P2.

Le rapport cyclique est fixe pour une position donnée de P2. Il ne dépend pas de la tension d'alimentation. Si la tension d'alimentation varie, la tension de sortie moyenne variera aussi proportionnellement. On dit dans ce cas qu'il n'y a pas de "réjection de la tension d'alimentation". La tension moyenne de sortie n'est pas régulée (par un rapport cyclique qui s'adapte automatiquement) comme dans une alimentation à découpage stabilisée (chargeurs de téléphones, d'ordinateurs, etc).

On peut aussi piloter le rapport cyclique par une tension externe. Dans ce cas là, P2 doit être supprimé.

Fréquence de découpage du hacheur

On peut ajuster sur une très large plage la fréquence de fonctionnement du hacheur. Avec les valeurs choisies ici, la fréquence va de 400Hz à 30kHz environ. R3 ne doit pas être inférieure à 2kOhms (recommandation constructeur). Plus P1 a une forte valeur, plus faible est la fréquence de découpage. C6 est le condensateur nécessaire pour cette partie oscillateur. On peut augmenter ou réduire C6 pour expérimenter.

Commande de la grille du transistor hacheur

Le SG3525 crée 2 tensions de sorties en opposition de phase (OutA et OutB). Comme il n'y a qu'un seul transistor, on peut faire un "ou" logique de ces 2 tensions grâce aux diodes D2 et D3. R1 sert à décharger la capacité de grille de T2 quand les 2 sorties du SG3525 sont au niveau bas.

Alimentation du SG3525

La diode D1 évite la destruction du SG3525 si l'alimentation continue est branchée à l'envers. C2 et C3 lissent et filtrent la tension d'alimentation à proximité du SG3525.

Protection du hacheur

Si un court-circuit a lieu à la sortie du montage, le courant va grimper dans le hacheur T2. La tension aux bornes de R4 va atteindre 0.7V très rapidement et T1 va entrer en conduction. T1 va décharger C4 très rapidement et la broche 8 (softstart) va se trouver à un niveau faible, ce qui coupe le SG3525. R2 limite le courant dans la base de T1. Par commodité, R1 et R2 sont fixées à la même valeur (plus facile pour l'approvisionnement des composants...).

Le SG3525 a un fonctionnement assez proche du TL494.

Applications du hacheur série

Le hacheur série est très utile pour faire un variateur de vitesse pour moteur à courant continu ou n'importe quel variateur de puissance sur charge résistive ou inductive.

Mise en pratique du hacheur série

Il suffit d'une source de tension continue entre 9V et 35V qui peut fournir un courant suffisant pour alimenter la charge. Un chargeur de PC portable 19V ou une alimentation d'écran plat 12V fait très bien l'affaire. Bien sur, on peut utiliser un transfo classique, un pont de diodes et un condensateur (2200uF 50V par exemple). A la sortie du hacheur, on relie le moteur à courant continu. Si un sifflement se fait entendre, on peut jouer sur la fréquence (P1). Au delà de 20kHz, aucun sifflement ne peut apparaître.

Réalisation du hacheur

Un autre exemple de hacheur série est proposé dans le kit Velleman K8004.

hacheur serie schema 3

Kit Velleman K8004 : hacheur série pour variateur de vitesse

On peut réaliser une petite boite qui contient le hacheur et l'alimentation, ici une alimentation 12V 5A continus. Le couvercle de la boite est percé pour rendre possible l'accès aux potentiomètres par un tourne vis.

hacheur serie schema 4

Construction d'une boite pouvant contenir alimentation + hacheur : du bon bricolage !

Goblé
Le 1 mai 2014 14:20

bjrs, Quel est la puissance maximal que ce genre de variateur peut suppoter. cordialement

nina67
Nina67
Le 1 mai 2014 17:46

Bonsoir, le montage supporte jusqu'à 5A environ. BIen sur, vous pouvez charnger de transistor mosfet, mais la commande de la grille atteindra ses limites. Mettons qu'on puisse aller jusqu'à 10A. Cordialement

Sfx159
Le 23 oct. 2014 10:56

Bonjour, j'aimerai pouvoir faire varier la vitesse (via un potentiomètre ou un réhaustat) d'un moteur 24Vdc qui a une intensité de fonctionnement d'environ 18A. Qu'elles modifications devrais-je mettre en oeuvre pour cela? (mise a part le changement du transistor) cordialement, Sfx159

nina67
Nina67
Le 23 oct. 2014 15:06

Bonjour, il faut modifier le transistor et mettre en parallèle 4 résistances de 0.1 Ohm pour repousser la limite de courant à une valeur 4x plus grande. Cordialement

Sfx159
Le 6 nov. 2014 09:13

Bonjour et merci pour ta réponse nina, je suppose que je dois mettre en parallèle les résistances avec R4. tu me retires une épine du pied. cordialement.

nina67
Nina67
Le 6 nov. 2014 13:27

Bonjour sfx159, oui, en parallèle avec R4 (0.1 Ohm). Cordialement

GERARD
Le 25 nov. 2014 23:21

Bonsoir Nina Merci pour ce schema; j'ai réalisé le montage qui fonctionne très bien en variateur de vitesse pour un moto réducteur 24VDC 2.5A avec une fréquence fixée à 3.4Hz et une R4 de 0.33 5W pour limiter le courant de service à 2.2A environ Le moteur ne siffle pas trop, la fréquence ne dérange pas le chien, et ca permet de laisser un condo antiparasite de 220nF sur le moteur ; seule petite modif j'alimente sur pin 15 en 12VDC avec un LM7812 Une question concernant R2 et C5, sauf erreur de ma part, ce couple constitue un passe bas de fréquence de coupure 72KHz soit une période de 14 micro sec Ne serait il judicieux d'avoir un RC de période, disons x10 la période de hachage pour que la base de T1 recoive une tension à peu près lisse au lieu d'une tension en dents de scie ; par exemple pour 3.4Hz de hachage R=22KOhm et C= 22nF?

nina67
Nina67
Le 26 nov. 2014 00:38

Bonjour, T1 sert à déclencher la protection. Si sa base devient passante, il faut immédiatement qu'il coupe le contrôleur de découpage pour interrompre la conduction du Mosfet. Si on augmente la constante de temps, on augmente le temps de réaction de la protection et le Mosfet aura peut être alors le temps de mourir... Donc non, ce petit filtre passe bas sert à juste à éviter un déclenchement intempestif sur des parasites. Cordialement

GERARD
Le 26 nov. 2014 01:10

Ok j'ai compris Merci Bien cordialement

Didier bukasa
Le 23 mars 2015 21:21

J suis content de vos publications sollicite plus de montage comme un schema pour détecteur des pierres précieuses comme diamants industriels et diamants de joailleries merci.

Omar
Le 26 mai 2015 09:14

svp je vous demander votr réferance complette poure ajouté a mon projet

Nsengiyumva methode
Le 22 juin 2016 07:53

Votre commentaire ...les transistor et leurs equivalent

Le 31 mai 2017 05:30

Bonjour
J'ai effectué ce montage .
Je l'ai branché sur la voiture de mon petit fils  pour avoir un démarrage progressif.
les 2 moteurs ne démarrent que  quand le potentiometre de fréquence est au minimum.
ça fonctionne très bien à vide , la voiture étant sur cales. Dès que je pose la voiture au sol, tout s'arrête comme si je n'avais pas de couple au démarrage.
Je ne comprends pas porquoi
Cordialement
Bertrand

nina67
Nina67
Le 2 juin 2017 09:07

bonjour, le montage est très simple et non régulé, mais le réglage de fréquence ne devrait pas avoir d'influence... Il n'y a pas un condensateur caché en parallèle avec le moteur (à supprimer) ? Cordialement

Le 5 sept. 2017 01:56

bonjour Nina et merci de m'avoir répondu.Je vais revoir ce montage et vérifier s'il y a des condensateurs  cachés mais je ne pense pas. Par contre les moteurs ont une tension de service de 6V mais que j'alimente en 12v pour augmenter la vitesse.Il y aurait il une influence?
Cordialement
Bertrand

nina67
Nina67
Le 6 sept. 2017 14:47

Bonjour, non, ce n'est pas lié à la tension 6V ou 12V. Vous pouvez remplacer CT de 22nF par une 100nF pour diviser par 4 la fréquence si cela peut vous aider.

Le 19 sept. 2017 21:37

Bonjour,
Je trouve votre montage très intéressant et je vous en remercie.  j'ai peut être juste une remarque:  j'ai des doutes concernant la connexion de la piste Vc (piste 13) sur la piste de référence de tension (16). En effet, c'est la piste Vc qui fournira le courant nécessaire au pilotage des transistors mosfet de puissance.

Les courants demandés sur les gâchettes sont souvent important (le composant Sg peut lui même devenir limite pour piloter les plus gros transistors) et pourraient donc perturber cette référence de tension. Je remarque par ailleurs que sur le schéma aucune résistance de limitation du courant de gâchette n'est présente.
En ce qui concerne la tension de commande:
Pour l'IRL 540,  5V est suffisant pour la mise en conduction et je conviens que ce sera le cas pour beaucoup de mosfet de puissance moyenne, mais le montage ne fonctionnera pas pour un mosfet plus gros (par exemple XFN32N100Q3) ou pour d'autres transistors de puissance tels qu'IGBT.
Mais il est vrai que ce point doit être étudié au cas par cas, on ne peut pas toujours relier Vc à l'alimentation de puissance si celle ci à une forte tension par rapport à ce que le transistor peut accepter en gâchette.
Peut être faudrait t-il prévoir une alimentation spécifique pour la commande.

Bien cordialement

nina67
Nina67
Le 20 sept. 2017 13:34

Bonjour, merci pour ces remarques... Ce schéma est inspiré du kit Velleman K8004 où Vc est bien relié à Vref. On pourrait aussi relier Vc à Vcc si Vcc ne dépasse pas une valeur correcte pour piloter la grille comme vous dites très justement. Le montage est davantage à but pédagogique qu'autre chose vu que la commande de grille ne permet pas une ouverture du mosfet rapide. C'est la 220 Ohms qui coupe le mosfet. Cordialement

Il y a 2 jours à 15:22

Bonjour Nina67,

Eh oui effectivement, mais ceci n'est pas anodin, et peut agir sur la capacité du circuit a faire ouvrir ou fermer un transistor correctement (complètement) à la bonne vitesse. Les problèmes de fonctionnement du monsieur qui utilise ce circuit pour la voiture de son petit fils  pourraient potentiellement venir de là, vous remarquerez que son montage ne fonctionne qu'à faible fréquence et quand les moteurs ne demandent que très peu de courant (fonctionnement à vide). Je ne parle même pas des perturbations du fonctionnement du Sg que peuvent causer une consommation de courant importante sur la pin  vref.
J'ai remarqué que vous parliez d'enlever les condensateurs en parallèle sur ses moteurs pour palier le problème. Ces condensateurs sont probablement là pour filtrer les parasites dû aux disruption causées par les balais et dans tous les cas ne peuvent qu'améliorer le filtrage de la fréquence de découpage de votre alimentation. Je ne suis pas sur que les enlever serait une bonne idée.
Pour ce Monsieur: je suggèrerai de connecter Vc à la tension d'alimentation de vos moteur (si elle ne dépasse pas celle admise par le Sg et par la grille de votre transistor de puissance, ce dont je doute pour une petite voiture).

Pour l'ouverture du composant la décharge de la grille via la résistance de 220 Ohm restera un problème. Il est possible sinon d'utiliser un driver de mosfet en complément du Sg, cela vous assurera une charge de la grille et une décharge beaucoup plus rapide!
Cordialement