Eccles - Dossier V1.1

MOTEUR A EAU
ECCLES
ELECTRONIQUE
Version 1.1
Différentes modifications ont été apportées à la schématique par rapport à la version 1.0.
Aucune modification de fond mais simplement d'arrangement des pins des connecteurs ou affectation des
signaux aux différentes portes pour des facilités de routage.
Cette documentation reprend les termes de la version 1.0.
PRÉAMBULE
Las d'essayer, sans beaucoup de résultats d'ailleurs, les différents schémas divulgués sur le net, nous
avons pris comme option de réaliser et de valider par nous-même le système Eccles (brevet
GB2324307A).
Il est donc nécessaire de concevoir une électronique, une interface puissance (transfos inclus) et un
réacteur conforme aux directives du brevet.
Actuellement, les caractéristiques connues sont :
• impulsions de fréquence et de rapport cyclique variable
• durée de train d'impulsions
• gate-time.
Sur ces bases, la carte électronique est conçue en tant que "multi-projet". C'est-à-dire qu'elle pourra
piloter (devrait pouvoir) tous les autres projets en cours et à venir (Meyer, Dave, etc…).
Suivant le système adopté, soit le réacteur est différent, soit la tension "puissance", etc… c'est pour cette
raison qu'une carte séparée physiquement de la carte "mère" (qui génère les signaux) appelée "interface
puissance" effectue l'adaptation des signaux avant d'être envoyés au réacteur (chaque interface puissance
pourra être de ce fait différente et donc adaptée au projet en cours).
Ceci dit, revenons à Eccles….
GÉNÉRALITÉS
Afin de valider le principe du brevet Eccles, nous réalisons les sous-ensembles nécessaires pour tester le
système :
Électronique
Transformateurs THT
Réacteur
Ce document ne traite que de la partie électronique.
L'ensemble des schémas électroniques comprend 4 schémas :
Sheet 1 : Schéma fonctionnel d'ensemble
Sheet 2 : Bloc Alimentations (non réalisé – à définir préalablement)
Sheet 3 : Carte génération des signaux
Sheet 4 : Interface puissance
SCHÉMA FONCTIONNEL D'ENSEMBLE (SHEET 1)
Tous les blocs fonctionnels sont représentés.
L'alimentation fournit l'alimentation de puissance pour les transfos THT ainsi que le +12v nécessaires aux
circuits électronique.
L'ampèremètre inséré sur la ligne "alim de puissance" n'est indiqué que pour rappeler que le courant doit
être mesuré/surveillé durant tous les essais et en permanence.
L'électronique proprement dite est composée de 3 sous-ensembles distincts qui sont, pour chacun, des
cartes séparées : bloc alimentations, carte génération des signaux et carte interface de puissance.
Signaux générés :
VOIE A et VOIE B : Trains d'impulsions conformes au système Eccles envoyés vers l'interface de
puissance.
/CDE_TR_A et /CDE_TR_B : Signaux de commande des primaires des transfos THT.
IMG_A et IMG_B : "image" de la THT pris sur un enroulement du primaire du transfo (opération essayée
durant les tests préalables des transfos – mais ne s'est pas révélé très probant !).
Commutateurs extérieurs :
VOIE A ONLY : N'envoie les signaux (trains d'impulsions conforme Eccles) que sur la voie A. Pour tests
éventuels ou utilisation pour un autre système qu'Eccles (Meyer, Dave, ….).
IMP CONTINU : N'envoie vers l'interface puissance que les impulsions en continu (sans gate time).
BLOC ALIMENTATIONS (SHEET 2)
Comme indiqué précédemment, non encore réalisé.
Il convient de déterminer auparavant "l'alim puissance" : sa tension et le courant qu'elle doit pouvoir
délivrer.
Il fournit le +12v. La carte "génération des signaux" générera en interne le +5v nécessaire à ces circuits.
CARTE GÉNÉRATION DES SIGNAUX (SHEET 3)
Le cahier des charges Eccles préconise une fréquence d'impulsions entre 10khz et 30khz. Certains avis
ayant été formulés, d'une fréquence de l'ordre de 40khz, la carte pourra délivrer des impulsions de 10khz
à 50khz.
Fréquence impulsions
U5 (NE555) est utilisé en tant qu'horloge. RV3 pour le réglage
de la fréquence et RV4 pour réglage fin.
Le rapport cyclique est sans importance, puisque U2B nous
"fabriquera" un rapport 50/50.
Pour la gestion du rapport cyclique, il nous faut : freq x 4.
U5 nous délivrera donc une fréquence comprise entre 40khz et
100khz.
Pour des fréquences supérieures : changement de C1.
A ce sujet, il serait utile de mettre tous les condensateurs des astables/monostables sur support afin de
pouvoir changer facilement de gamme de temps.
U2:B monté en diviseur par 2 nous délivre en 9 un signal égal à F_555 / 2 et de rapport cyclique 50/50.
Rapport cyclique
Le rapport cyclique des impulsions est sélectionnable par 2 switchs (SW1 3-6 et 4-5). Il peut être de 25,
50 et 75%.
Cette solution a été grandement préférée à la solution par potar. D'une part, parce que le 555 est loin
d'offrir toute la souplesse de réglage à ce sujet, et que d'autre part, pouvoir modifier un rapport cyclique
de 50% à 55% n'offre pas forcément un grand intérêt.
Autre avantage, et non négligeable, modifier la fréquence (par RV3) fait conserver le rapport cyclique
sélectionné par SW1.Les 2 "réglages" sont totalement indépendants, d'où une souplesse de manip pour les
essais.
U3 et U4 sont chargés "d'extraire" chaque front montant et
descendant du signal d'horloge de 9 de U2:B
9 de U2:B
11 de U4D
U1 et U2:A permettent, en fonction de la position des switchs SW1 (3-6 et 4-5), de fournir des impulsions
(de fréquence F_555 / 4) avec un rapport cyclique de 25, 50 ou 75%.
SW1 3-6
3
6
6
3
SW1 4-5
4
4
5
5
Rapport
75%
50%
25%
50%
Le cas ou SW1 est positionné en 3-5, cela nous donne des
impulsions à une fréquence égale à 9 de U2:B (soit le double de
celle recherchée) et d'un rapport cyclique de 50%.
Il est évident que cette position ne doit jamais être sélectionnée.
6-5
25%
6-4
50%
3-4
75%
En TP1, nous obtenons nos impulsions à la fréquence réglée et avec le rapport cyclique sélectionné.
Génération des trains d'impulsions
Il est prévu de délivrer des trains d'impulsions durant un certain temps réglable (de 1 à 5ms) et de
disposer d'un autre temps, que j'ai déjà nommé : anti-arc, qui fera un "silence" avant l'application sur
l'autre voie du train d'impulsions.
Le double monostable U8 réalise cette fonction.
U8:A génère le temps du train proprement dit (le nombre d'impulsions dans le train) tandis que U8:B
génère le temps anti-arc.
Les 2 monostables sont réglables (respectivement par RV1 et RV2) de 1 à 5ms (exactement et
théoriquement de 300µs à 5,7ms).
TP2
Trains d'impulsions voie A et voie B
Afin qu'un train ne puisse pas commencer ou finir par des "morceaux" d'impulsions, U6:A synchronise le
train (de TP2) avec les impulsions.
U7:A fait commuter U6:A sur les fronts arrière afin d'éviter les "glitches" (petites impulsions de quelques
ns créées par les différences de temps de commutation des différents circuits).
U6:B valide séquentiellement la voie A et B.
U7:B et U7:C "mixent" les impulsions pendant la durée du train, respectivement pour chaque voie.
En TP3 et TP4, nous obtenons les trains d'impulsions pour chaque voie avec, entre les deux, le temps
"anti-arc" (réglable par RV2) :
Plus détaillé :
Alimentation +5v
La carte génère elle-même sa propre alimentation +5v (par U9) à partir du +12v issu du bloc
ALIMENTATIONS.
Il est à noter qu'il faudra relier les bornes 1 et 2 de J1.
En effet, il est possible de fournir directement le +5v avec une alim extérieure. Dans ce cas, il est
nécessaire de ne pas relier les bornes 1 et 2 de J1, de ne pas mettre les composants U9, D1, C5 et C6, mais
de laisser C8/C7 et de strapper par un fil l'emplacement de D1.
Interrupteurs
Deux interrupteurs ont été prévus extérieurs à la carte (pour des raisons évidentes de choix d'empreintes
par rapport au matériel déjà existant chez le membre qui réalise ce projet).
Les 2 fils de chaque interrupteur seront directement soudés sur J3.
"VOIE A ONLY" et "IMP CONTINU" sont optionnels et ne peuvent être mis que si utilisation.
A noter que IMP CONTINU ne doit être utilisé que conjointement avec VOIE A ONLY (sinon, les
impulsions seraient envoyées soit sur la voie A soit sur la voie B, suivant l'état de U6:B au moment de
l'activation de IMP CONTINU).
MARCHE/STOP (SW1 1-8) : comme son nom l'indique permet de stopper tout envoi de signaux vers
l'interface puissance. Permettra, le cas échéant de "démarrer" le cycle des monostables après la mise sous
tension.
Entrées-sorties
Signaux
Les différents signaux pouvant être nécessaires pour la carte interface puissance transitent préalablement
par U10 (buffer collecteur ouvert) pour être disponible sur J2.
Connectique
Trois connecteurs assurent les entrées-sorties de la carte :
J1 : arrivée alimentation (+12v et +5v optionnel)
J2 : sorties de tous les signaux et tensions nécessaires vers l'interface puissance. Actuellement, seuls
VOIE A et VOIE B sont utilisés. Le +12v de l'interface puissance est aussi fourni.
J3 : pour branchement des interrupteurs VOIE A ONLY et IMP CONTINU.
Point de tests
TP0 : Masse (gnd) – La masse de l'oscillo devrait être en permanence connectée ici.
TP5V : +5v
TP12V : +12v
TP1 : Impulsions. Se connecter ici pour le réglage de la fréquence (RV3 et RV4).
TP2 : Durée du train (RV1) et du temps anti-arc (RV2).
TP3 : Train d'impulsions envoyé vers la voie A (signal en "négatif" c'est-à-dire actif à 0)
TP4 : Train d'impulsions envoyé vers la voie B (signal en "négatif" c'est-à-dire actif à 0)
INTERFACE PUISSANCE (SHEET 4)
Deux voies distinctes (voie A et voie B) et identiques.
Le train d'impulsions issu de la carte génération des signaux arrive sur le comparateur U11. En sortie, pin
7, nous obtenons le train d'impulsions positif.
Ces impulsions sont amenées à l'interrupteur de puissance via le circuit RC (C21/R11).
Il est représenté 2 commutateurs (MOSFET et Transistor) pour chaque voie. Ainsi, suivant les
disponibilités et la possibilités d'approvisionnement de chacun, il ne sera installé (soudé) qu'un seul de ces
composants, soit le MOSFET, soit le transistor.
Choix du commutateur
Il est prévu soit un IRFPF50 (MOSFET) soit un BU508D (transistor).
Il est bien sûr possible d'y mettre un autre modèle. Attention toutefois aux caractéristiques que le
composant doit obligatoirement posséder (tension max et courant entres autres).
Lors des tests préliminaires que nous avons effectués sur le transfo THT, avec une alimentation puissance
que de 24v, aux bornes du MOSFET nous avions déjà .… 264 volts !!!
Regardez auparavant le data-sheet du composant ou contactez le forum AVANT !
Mesure de l'image de la THT
Ces points de mesures ont été mis pour apprécier la valeur de la THT (qui elle, est trop importante pour
être mesurée).
Comme annoncé, ce test n'a pas été très probant. Il a été néanmoins laissé… peut être pour d'autres
mesures et éventuellement modifier pour cela les valeurs du pont diviseur.
Connectique
Quatre connecteurs assurent les entrées-sorties de la carte :
J4 : issu de la carte génération des signaux. Tous les signaux sont disponibles. Cette version n'utilise que
VOIE A et VOIE B ainsi que le +12v.
J5 : connections aux transfos THT
J6 : Pour mesure de l'image THT.
J7 : Connexion directe de la masse issue du bloc alimentations.
Point de tests
TP_GND : Masse (GND).
TP5 – TP7 : Signal du primaire du transfo pour chaque voie.
TP6 – TP8 : Image THT pour chaque voie.
TRANSFO THT
LISTE DES COMPOSANTS
Bill Of Materials
=================
Design:
MOTEUR A EAU - ECCLES
Doc. no.: HYD-1b
Revision: 1.1
Author:
Asl
Created: 01/12/05
Modified: 06/01/06
Sauf indication contraire :
Toutes les résistances sont 1/4W
Tous les condensateurs chimiques sont : radials – tension de service 25v
Tous les potentiomètres multi-tours sont : radials – 10 tours min
QTY PART-REFS
--- --------Resistors
--------15
R1,R2,R4,R7-R9,R12,R14,R15,
R18,R20-R24
3
R3,R11,R17
2
R5,R6
4
R10,R13,R16,R19
VALUE
-----
10k
1k
6.8k
1.2k
Capacitors
---------1
C1
16
C2-C5,C7,C9-C17,C24,C25
8
C6,C8,C18-C20,C22,C26,C27
2
C21,C23
4.7nF
100nF
10uF
22uF
Integrated Circuits
------------------1
U1
2
U2,U6
2
U3,U4
1
U5
1
U7
1
U8
1
U9
1
U10
2
U11,U12
74LS166
74LS74
74LS00
NE555
74LS10
74LS123
7805
74LS06
LM311N
Transistors
----------2
Q1,Q3
2
Q2,Q4
BU508D au
IRFPF50 choix
Diodes
-----5
D1-D5
1N4007
Miscellaneous
------------2
J1,J5
2
J2,J4
2
J3,J6
1
J7
2
RV1,RV2
1
RV3
1
RV4
1
SW1
12
TP0-TP5,TP5V-TP8,TP12V,TP_GND
BORNIER-M4
CONN-H12
CONN-H4
TBLOCK-I2
200k multi-tours 20 tours min
10k multi-tours 10 tours min
1k
multi-tours 10 tours min
SW-DIP4
POINTS DE TESTS
RÉALISATION
Pour chaque carte, il n'est pas forcément nécessaire de disposer les connecteurs. Vous pouvez souder
directement les fils sur les plots correspondants.
CARTE GÉNÉRATION DES SIGNAUX
Le nombre de pistes étant malgré tout important et la carte réalisée en simple face, les pistes sont étroites
(certaines passent entre les pins des Cis). L'insolation devra donc être faite avec le plus grand soin.
Dès le gravage effectué, vérification à l'ohmètre de la bonne continuité des pistes.
Alimentation :
Il est possible de fournir le +5v directement avec une alim autonome et extérieure (2-J1).
Dans ce cas, il n'est pas nécessaire de mettre U9/C5/C8 et D1. Souder un strap à la place de D1.
Si le +5v est généré à partir du +12v (1-J1), relier 1 et 2 de J1.
Un radiateur n'est pas nécessaire pour U9.
Carte :
Straps : Un circuit simple face apportant quelques contraintes, il est nécessaire de réaliser des connexions
manuelles en soudant quelques straps.
Se reporter au schéma d'implantation pour les 7 straps (ST1 à ST7).
Afin d'équilibrer le circuit "masse", j'ai rajouté le strap ST8. Prendre un fil de section importante.
Une fois soudé tous les supports, et avant mise en place des Cis, vérification de l'arrivée du +5v sur tous
les points du circuit.
Ne pas connecter l'interface puissance. Vérifier auparavant la bonne conformité des fonctions de la carte.
CARTE INTERFACE DE PUISSANCE
J7 (GND_PUIS) doit être relié directement à la masse du bloc alimentations (avec un fil de section
suffisant).
Dès le gravage effectué, vérification à l'ohmètre de la bonne continuité des pistes.
Une fois soudé les supports de U11 et U12, et avant mise en place de ces Cis, vérification de l'arrivée du
+12v sur tous les points du circuit.
Q1/Q3 ou Q2/Q4, suivant votre choix, doivent être montés sur radiateur (ne lésinez pas !).
Le premier essai doit être effectué en branchant une résistance de 1kΩ en lieu et place du transfo et
alimenté en +12v. Nous pouvons ainsi vérifier la conformité des signaux à l'oscillo.
IMPRESSION DES MYLARS
Imprimez préalablement sur papier les typons et vérifiez la bonne mise à l'échelle avant d'imprimer sur les
mylars.
Vérification : Mesurez sur J2 (carte géné signaux) et J4 (carte puissance) la distance entre les plots
extrêmes. Vous devez mesurer 28mm (27,94 pour être exact).
Retoucher la dimension sur le fichier si correction nécessaire (clic droit sur l'image – format de l'image –
taille).
Pour tout ce qui a été dit et pour le reste, cela doit être réalisé suivant les RÈGLES DE L'ART !
Sauf erreur ou omission…
Asl