Electronique : principe d'une charge fictive à courant constant

09 mai 2020 rdorigny 0 commentaires

Une charge fictive est un circuit électronique qui va simuler une consommation électrique comme un circuit réel. Il y a plusieurs types de consommations possibles comme le courant, la tension, la résistance ou encore la puissance.
Les charges électroniques sont utiles pour tester des alimentations, contrôler une adaptation d’impédance, vider une batterie, calculer la capacité d'une batterie, etc...

Dans cet article nous allons étudier la charge à courant constant. Comme d'habitude, j'évoquerai la théorie de ce type de charge, et nous ferons une mise en pratique.



1) Théorie

Le schéma classique d'une charge de courant est tel que ci-dessous:


Le principe est assez simple. Si on regarde la résistance R3 de 1 ohm, on observe que pour 1V à ses bornes on aura 1A par la loi d'ohm. 2A pour 2V et ainsi de suite. Donc, si on est capable de contrôler la tension VRef, alors nous serons en mesure de piloter le courant qui traverse R3.

C'est le rôle de l'amplificateur opérationnel (AOP) qui ici est en mode linéaire. Sur V+, on peut faire varier la tension de consigne. Et l'AOP va s'efforcer de réguler cette tension pour que V+=V-=VRef (à la baisse de tension de la résistance R2 prêt). L'AOP pilote le transistor mosfet (N-Channel) sur VGS afin de travailler en zone ohmique. Ainsi, la résistance (RDSON) du MOSFET agit comme une résistance variable asservit par la boucle de rétroaction de l'AOP, pour au final réguler la tension Vref et imposer le courant.

La résistance R3 peut être de 0.1ohm ou 0.01ohm, on appliquera alors un facteur de 10 ou de 100 sur la tension de référence. Autre remarque, dans notre exemple, la tension de consigne est fournie par un potentiomètre. Mais on peut imaginer un système numérique avec un DAC et un ADC pour piloter cette charge (voir sur le schéma), comme par exemple via un microcontrôleur.

2)Mise en pratique

Philippe Demerliac alias Cyrob propose une version assez astucieuse de charge fictive (ici) en utilisant un mini voltmètre digital comme on en voit beaucoup sur les sites de ventes chinois. Cet équipement dispose d'une résistance de shunt qui lui permet de calculer le courant le traversant.

Il suffit alors de mesurer la valeur de cette résistance et réutiliser ce shunt pour remplacer la résistance R3 du schéma précédent en tenant compte du coefficient multiplicateur adéquat au niveau de la tension de consigne V+. Ainsi, nous avons un shunt pour une charge fictive; et surtout nous bénéficierons de l'affichage de la tension et du courant.



Attention, il est nécessaire de mesurer la valeur de résistance de shunt de votre voltmètre afin d'être dans les bonnes valeurs de courant, surtout pour éviter de dépasser 3A. En effet, mon voltmètre présente une résistance de shunt de l'ordre de 0.7ohm ce qui est très différent de celle de Philippe. Il semblerait que les valeurs de ces résistances sont assez disparates.

Pour mesurer, votre shunt vous pouvez utiliser une charge en imposant un courant connu. Ou plus simplement, appliquer une tension, mesurer le courant dans le shunt et appliquer la loi d'ohm. Et comme, je ne souhaite pas dépasser 3A et bien je dois pouvoir faire varier la tension de consigne entre 0 et 2.1V (U=RI=0.7x3=2.1V).



Le transistor mosfet agit comme une résistance variable, mais comme le courant est fort, il chauffe rapidement. Petite anecdote, c'est en bidouillant mon petit montage que j'ai été perturbé par ma fille qui avait une division euclidienne à corriger (ça va j'y arrive encore!). Et lors de la correction, une odeur de plastique brûlé et vite apparue. J'avais laissé mon montage sur 1A! La breadbord a moyennement appréciée les 200°Celsius...



Avec un ventilateur et un peu de pâte thermique, la dissipation de quelques watts du transistor mosfet est gérée entre 30-35°C.

Conclusion

Cette charge fictive fonctionne bien et est super fun à réaliser! Attention cependant la tension de charge doit rester raisonnable (20V au maximum) et surtout éviter de dépasser un courant 3A, qui est potentiellement dangereux si on y met les doigts!









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