Bus filaire ; puissance

L'avantage d'un bus de données filaire est qu'il peut aussi porter l'alimentation.

Quelle tension ?

Le choix de la tension est dicté par :

1. la sécurité personnelle (inférieure à 50V)
2. la compatibilité avec un bus de données qui va partager les mêmes chemins et les mêmes connecteurs. Par exemple la tension admissible par une sortie d'un driver RS485 est de +/- 14V.
3. le besoin en puissance, à condition qu'on utilise des alimentations à découpage. Pour des réalisations amateurs, on évitera et préferera des régulateurs linéaires moins chers
4. le besoin en autonomie par une alimentation par batterie (un Accu au plomb donne entre 11 et 13.6V)
5. la tenue en tension des composants d'abonnés sans régulateurs (en général moins de 18V)

Certains standards industriels utilisent un bus alimentation à 24 V (DOMOTECH), cette tension est un peu forte vis à vis de la 2ème et de la 4ème contrainte.

J'ai choisi une tension nominale de 12V, avec tolérance de +/-2V, soit de 10V à 14V, compatible d'une alimentation par batterie au plomb.

Quelle puissance ?

La puissance disponible sera d'abord limitée par la résistance des cables et des connecteurs.

Prenons le pire cas d'un bus fait par un cable plat de téléphone, composé de 4 brins AWG26, 0.12mm2, 15 Ohm/100 m nominal, mais 23 Ohm/100 m mesurés !!; on prendra 230 mOhm/m pour les calculs.

Chaque prise modular jack amène une résistance de contact de 20 mOhm par contact, marginale par rapport à la résistance du câble.

Pour un réseau où la plus grande branche à partir de l'alimentation mesure 20m (et on y est vite dans une habitation...), il faut considérer près de 10 Ohms (aller et retour) sur le trajet d'alimentation, soit 1 volt de chute pour 100mA de consommation.

En considérant des terminaux alimentés sur le bus chacun consommant 100mA, et une gamme de tension de 10 à 14V, où on ne pourra pas mettre plus de 4 terminaux sur une branche de 20m sinon on sortira de la gamme de tension.

Donc globalement, on voit bien qu'on n'a pas besoin d'une puissance énorme, un courant de 1 à 2 Ampères est largement suffisant.

Réalisation d'une alimentation centrale

C'est un schéma classique, sauf qu'on régule la branche négative, pour utiliser un FETMOS canal N peu cher, et dont le boitier (drain) sera mis à la masse électrique (0V) et métallique.

Un transformateur torique 2x15V 30VA, soit 1 Ampere par enroulement est utilisé avec les 2 enroulements en parallèle après redressement (un transfo torique est à faible perte, donc on pourra le laisser tout le temps sous tension sans craindre une consommation excessive).

La référence de tension est confiée à l'excellent TL431, une limitation de courant est assurée autour de 2A, la résistance R14 doit dans ce cas être augmentée à 0.33 Ohms

Une diode forte puissance assure le couplage au bus, la tension est réglée à 13.6V de façon à pouvoir mettre une batterie au plomb directement sur le bus (avec un fusible ou un limiteur de courant quand même). Ainsi, la batterie sera toujours chargée.

Amperemetre et sécurité

Un amperemetre original a été conçu pour cette alimentation, dans le but de montrer comment le bus alimentation était chargé. On utilise ici un LM3915 traditionnellement utilisé dans les VU metres audio. Le fait que l'échélonnement soit logarithmique n'est pas du tout génant, au contraire.

L'information courant est piquée sur le shunt de 0.27 Ohms, soit 0.54 Volts pour 2 Ampères.

Un ampli op de gain 10 passe le facteur de conversion à 5.4 Volts pour 2 Ampères, et on règle la tension en borne 6 sur 5.4Volts.

Un deuxième ampli op est utilisé pour surveiller la température du radiateur du régulateur de l'alim, et s'il déclenche, il se vérouille, il faut faire ON/OFF pour remettre en route, ce qui permet d'investiguer et réfléchir au défaut tout en étant en sécurité.

La réalisation dans un boitier métalique, Le transistor MOSFET est monté sur un radiateur de récupération pour CPU Pentium 3, la thermistance est placée entre les ailettes.