IDEE

Le besoin est de démarrer le circulateur à vitesse faible pour éviter tout phénomène de cavitation, le circuit hydraulique étant à l'arrêt, à vitesse d'écoulement nulle.

Un changeur de fréquence et un micro-controlleur seraient adéquat mais c'est bien compliqué, les montages à triac ne sont pas commodes, il reste à utiliser une résistance série. Une simple ampoule 40W réduit déjà sensiblement la vitesse.

Il faut créer un montage qui va court-circuiter cette charge un certain temps après la mise sous tension, il nous faut un temporisateur. Ce temps doit être choisi assez grand pour laisser le temps au circuit hydraulique de s'établir.

CONCEPTION

En considérant un circulateur qui consomme 100W max, le courant à gérer est de l'ordre de 450mA. On prendra 500 mA. A la mise en route, il faut s'attendre à un rush courant important, disons 3A en crête.

L'idée repose sur l'utilisation d'un FETMOS haute tension qui vient court-circuiter une lampe en série avec le moteur.

Un pont redresseur est nécessaire car le FETMOS est polarisé. Il faut générer une tension Vgs au dessus du seuil (2 à 4V) pour que le FETMOS conduise. C'est l'apparition de cette tension de commande que nous allons retarder.

Le choix du FETMOS est assez direct, on prend d'amblé une capacité en courant assez forte, pour avoir un Rds très faible et dissiper le moins possible ; le IRF840 est un très bon candidat et pas trop cher (500V, 4A @100°C, Rds<1,5 Ohm @100°C@Vgs=10V). Il faut saturer ce transistor avec une tension Vgs suffisamment forte par rapport au courant demandé.
Ici Ids<0,5A, soit Vgs=Vgs0+Ids/S soit quelques dixièmes de volts au dessus du seuil max à 4V. Une tension finale à 5V est suffisante, elle donne un Igs supérieur à 3A, ceci va autoriser l'utilisation de circuits logiques ou micro-controlleur.
Pas besoin de radiateur jusqu'à un courant moyen de 0,9A, à l'ambiante avec un Rthja de 62°/W (Tj=150°C, Ta=45°C, Rds=2 Ohms

Le pont de diodes D10-D13 sera dimensionné par tenir la tension secteur, soit 600V et le courant pic. On prendra des 1N5408 (1000V/3A). Des 1N4007 (1000V 1A) sont un peu limite, elles risquent de chauffer un peu et de ne pas tenir le pic.

Ce montage est directement au secteur. On a intérêt à concevoir une alimentation directe au travers de condensateurs, sans transformateur. Les capacités C1 & C2 réduisent la tension secteur, à un courant moyen proche de 16µA à chaque nF (Imoy=Vs*C*Fs=15750*C).
- Pour un montage qui consomme moins de 150µA, C1=C2=10nF, le courant de charge vaut 160µA, et C3 pourra être plus faible que 10µF.
- Pour un montage qui consomme moins de 1,5 mA, C1=C2=100nF, le courant de charge vaut 1,6mA, et C3 sera de l'ordre de 100µF.
- Pour un montage qui consomme moins de 4,5 mA, C1=C2=330nF, le courant de charge vaut 4,8mA, et C3 sera de l'ordre de 330µF.
Dans tous ces cas, la tension monte avec une vitesse de 16V/s (pente=Imoy/C3), soit moins d'une seconde pour arriver au plateau.

A la mise hors tension, il faut que toutes ces capacités se déchargent, c'est le but de R3. Le temps nécessaire à la décharge est de plusieurs minutes.

Cette résistance joue aussi un rôle dans les pentes car évidemment elle consomme un certain courant. Paradoxalement, c'est bien elle qui va conditionner la valeur minimale des capacités secteurs C1 & C2. Si R3=1M, elle va prendre quelques µA ce qui est acceptable avec un courant de charge de 160µA (C1=C2=10nF), et un peu moins avec des valeurs plus faibles.

Le réseau R4.C4 produit un retard supplémentaire sur Vgs (T=RCLn((Vz-0,6)/(Vz-0,6-4)), soit 1,2RC avec Vz=6,2V et 0,4RC avec Vz=12V.

Les courbes sont données avec Vz=6,2V et R4C4=10s, R3=1M.

Moment de commutation

Sans faire attention, la commutation n'est pas très rapide (2 à 4 secondes selon la tension zener) ; cela vient de la pente très faible de la tension Vgs. Dans ces conditions, la puissance dissipée dans le FETMOS peut être importante. Un simu montre qu'elle peut monter à 40 W crête, ce qui peut nécessiter une beau radiateur. (attention la simu à droite utilise une échelle log, tension en bleu, puissance en rouge, R4C4=10s, Vz=6,2V). Il faut donc complexifier le montage en accélérant grandement cette commutation.

Vers des temporisations très longues

Il faut améliorer le montage avec une transition de la commande HEXFET beaucoup plus raide, et envisager aussi des temporisations beaucoup plus longues.

Par exemple utiliser un compteur CMOS 4060. Son besoin en alimentation est très faible, on peut se contenter de capacités de 10nF, soit un courant de 160µA bien suffisant avec une capacité de lissage de 10µF. Le temps de montée de l'alimentation est de 300ms. Le circuit 4060 est maintenu à zéro par un RC (ici de 1 seconde), et on observe au scope le démarrage de l'oscillateur local plus de 2,5 secondes après l'alimentation. La faible vitesse de montée du signal reset, et le fait que ce n'est pas une entrée trigger de schmidt provoque un léger affaissement de la tension d'alimentation au moment de la commutation (autour de Vdd/2), car les 2 transistors MOS conduisent simultanément, et la consommation du circuit monte beaucoup à ce moment là.

Et puis une fois que nous avons un compteur, on pourrait même imaginer plusieurs lampes, par exemple 2, qui vont être mises en série/parallèle graduellement, jusqu'à court-circuiter l'ensemble, avec un séquenceur à 3 états (L1, L1+L2, short) ou 5 états (off, L1, L2, L1+L2, short).

Noter qu'on peut dériver un signal 50Hz correct à partir de l'anode de la zener
pour cadencer directement le compteur sur la broche 11 au travers d'une résistance de 1MOhms.

La temporisation obtenue est égale à 2ⁱ/f₀ - 0,67/f₀ ~ 2ⁱ*2RC si i grand. Sur Q₁₄, délai = 16384/f₀ , ou 32768*RC. Avec RC=20ms, F=50 Hz, le délai max (Q₁₄) vaut plus de 5 minutes.

Quelle charge ?

Le choix des lampes de charge est fortement dépendant de la caractéristique du moteur. Et puis on n'a pas accès à la série E48, mais seulement à 5 valeurs, au grand maximum :

PCB et nomenclature