Projet: variateur pour moteur

I.) Entrée en la matière

Le but de ce projet est de concevoir un variateur pour moteur à balais  (ou moteur à courant continu) qui se base sur le principe de la MLI (ou PWM). Cela signifie modulation de largeur d'impulsion. C'est explicite: le moteur est alimenté par un signal carré allant de 0 à Vcc, mais de rapport cyclique variable. Voici une image qui explique son fonctionnement:

source: wikipedia

N'importe quel moteur CC (courant continu) de tension nominale égale ou supérieure à 7v convient. Si la tension nominale est inférieure à 7v, voir chapitre Modifications.
Ce récepteur est un récepteur pour avion de modélisme, il ne dispose donc pas de marche arrière. En plus, il n'a pas de frein moteur.
Note: en plus d'être un variateur, ce circuit sert de BEC au récepteur, c'est à dire qu'il l'alimente avec la batterie du moteur: pas besoin d'accus de réception!

caractéristiques: 

fréquence: environ 500Hz
plage de rapport  cyclique: de 0% à 95%
courant: jusqu'à 170A
tension d'alimentation: de 7 à 32V
moteurs: tension nominale jusqu'à 32V
dimensions: 4*3*2.5 (L*l*h)
masse: 13g (connecteurs compris)
temps passé à construire: une heure (avec tous les composants rassemblés)
prix: de 5€ (pour Q2=BD139; courant max=3A) à 8€ (Q2=IRL2203; courant max=170A)
pas de frein moteur ni de marche arrière.

II.) Schéma

Le schéma est basé sur un quadruple AOP (Amplificateur Opérationnel) très courant nommé LM324AN. A peu près n'importe quel quadruple AOP convient. Voici le boîtier du LM324AN:

source: datasheet

Le PWM est généré par un AOP en comparateur (le n°3) qui...compare le signal sur la broche 9 au signal sur la broche 10. Si le signal sur l'entrée + supérieur à celui sur l'entrée -, la sortie du comparateur (broche 8)est à l'état logique 1, soit ici 5v. Le comparateur suit le schéma suivant:

source: wikipedia

Le signal dent de scie (porteuse) est généré par les AOP n°1 et 2. Elle varie entre 1,6 et 3,3V. La rampe est générée par le récepteur.
En effet, le signal envoyé par le récepteur est un signal carré dont le rapport cyclique varie entre 10 et 20%. Le transistor Q1 est un buffer (il isole le récepteur du reste du circuit). à sa sortie, il y a un intégrateur formé par R et C, qui créent une tension continue variant entre 0,8 et 1,2 V. Cette tension est amplifiée par l'AOP n°4 et additionnée, au travers de ce même AOP, avec une tension continue, pour ajouter un offset au signal. en sortie, on a un signal variant entre 1,6 et 3,3V en fonction de la position du manche. Génial! on a notre rampe!
Il n'y a plus qu'à faire passer le signal sortant du comparateur (le signal PWM, donc, si vous suivez) dans la base d'un gros transistor (moi j'ai pris un BD139 qui délivre 3A, mais vous pouvez utiliser un irl2203 pour des courants allant jusqu'à près de 170A). Le moteur, équipé de sa diode de roue libre, est placé entre le collecteur du gros transistor et le + de la batterie.
Voici le schéma:

K1 est la prise qui se branche sur  le récepteur, P1 est la prise de la batterie, P2 est la prise du moteur. Attention aux polarités.
Si, au premier allumage, le variateur ne fonctionne pas, c'est normal: il faut régler doucement le potentiomètre RV1 jusqu'à ce qu'un signal triangulaire apparaisse sur la broche 7 du LM324, et continuer à ajuster jusqu'à ce que ce signal triangulaire soit bien fait (utiliser un oscilloscope).

III.) Modifications

Si votre moteur s'alimente sous 5v, le schéma est le suivant:

Attention toutefois de ne pas dépasser la puissance que peut fournir votre régulateur, donc la solution ci-dessus n'est possible qu'avec des petits moteurs (le LM7805 est limité à 1,5A).

Si la tension fournie par la batterie est comprise entre 6 et 7,5v, il faut remplacer le LM7805 par un régulateur présentant une plus faible chute de tension, comme le LM2940CT-5.

IV.)Réalisation

J'ai réalisé le schéma du III sur un petit bout de plaque epoxy. Voici le placement des composants (les trois pads libres correspondent à un trimmer, c'est le potentiomètre RV1 du schéma).

Voici le typon:

et enfin mon variateur:

évidemment, c'est le prototype, il y avait donc quelques erreurs... corrigées sur les typons présentés sur le blog. Les deux jumpers ne sont donc pas présents sur le typon.

Une petite vidéo:

Voilà, c'est fini... n'hésitez pas à poster des commentaires, ou à demander plus de précisions sur le fonctionnement.