Un gradateur est un dispositif de l'électronique de puissance destiné à modifier un signal électrique dans le but de faire varier sa tension et son intensité efficace de sortie et de modifier ainsi la puissance dans la charge. Ce dispositif est utilisé sur des tensions alternatives (souvent sinusoïdales) : c'est un convertisseur direct alternatif-alternatif.

Le gradateur utilise un triac pour faire varier la tension efficace en sortie du montage.

Pour les équipements de forte puissance les gradateurs peuvent être réalisés par des groupes de thyristors montés en anti-parallèle, ou bien éventuellement, par des associations thyristors-diodes dans le cas de raccordement à des réseaux polyphasés.

Il fournit une tension alternative, de valeur efficace variable et de fréquence fixe (celle du réseau) par modulation de l'angle d'amorçage des semi-conducteurs (thyristors, triacs).

Remarque : le gradateur par déphasage est aussi utilisé en élèctrothermie pour les systèmes à faibles résistances à froid. Le démarrage se fait à tension nulle, puis la tension est augmentée progressivement (par angle de phase). Après quelques alternances, les trains d'ondes entières sont appliqués.

Dans les applications de fusion du verre par électrodes plongeantes, le gradateur fonctionne en angle de phase, de façon à assurer la limitation du courant.Si une composante continue apparaît, il y a élévation anormale de la température des électrodes et usure prématurée de celles-ci. La composante continue a pour origine : une disparité de chute de tension directe à l'état passant des thyristors ,un angle de conduction non identique des thyristors

C'est le mode de commande le plus simple. Il s'applique aux systèmes de contrôle de température. Le circuit de charge est alternativement coupé puis alimenté par le régulateur. Pour éviter les phénomènes de parasites électriques, la commutation est faite au passage par zéro de la tension d'alimentation. Le signal de commande fourni par le régulateur est du type logique.

L'interrupteur autorise le passage du courant durant un temps plus ou moins long de la demi-période. Ce temps est défini par le rapport cyclique qui est le rapport du temps de fermeture divisé par la demi-période, il est donc compris entre 0 et 1. Quand il est égal à 0 la tension de sortie est quasiment nulle et quand il est égal à 1 la tension de sortie est la même que celle de l'entrée (du réseau). Le signal de commande, appelé angle de retard à l'ouverture, doit être synchrone avec la tension aux bornes de l'interrupteur.

Il permet le réglage d'énergie, par envoi de trains d'ondes entières, d'amplitude et de fréquence égales à celles du réseau, séparés par des absences totales de tension. Son principal domaine d'application est l'électrothermie. Il présente l'avantage de ne pas créer de perturbations radioélectriques et de ne pas dégrader le facteur de puissance de l'installation. Le signal de commande fourni par le régulateur est du type analogique (0-10V, 4-20mA...)

L'interrupteur autorise le passage du courant pendant une durée T₁ correspondant à un nombre entier de demi-périodes du secteur. Puis il coupe pendant le reste de la période T₂ de fonctionnement. On règle le transfert d'énergie en faisant varier le rapport T₁ / T₂.Ce procédé est réservé aux machines à fortes inerties telles que les fours, le chauffage (dans ce cas inertie thermique). Il permet de s'affranchir des problèmes de facteur de puissance provoqués par la technologie angle de phase mais, en revanche, il introduit des perturbations de très basses fréquences provoquant sur le réseau des effets tel que le papillotement ou flicker.

Un gradateur de lumière est un appareil que l'on utilise pour faire varier l'intensité lumineuse d'une lampe. La variation peut être opérée de façon manuelle, avec un simple rhéostat de puissance (peu recommandé à cause des pertes caloriques importantes) ou avec un petit circuit électronique piloté par un potentiomètre simple (conseillé).

Cette variation peut être réalisée de façon automatique, sur des périodes courtes, de l'ordre de quelques secondes (jeux de lumière) ou sur des périodes longues, de l'ordre de plusieurs minutes (simulateurs de crépuscule). Enfin, il est possible pour certains gradateurs, de recevoir une tension de commande qui dicte l'intensité lumineuse souhaitée : par exemple 0V pour une luminosité minimale et +5V pour une luminosité maximale. Mais quelque soit le type de gradateur, le principe général reste le même.

Un gradateur de lumière fonctionne selon ce principe. On utilise un composant spécial appelé triac, qui sert d'interrupteur électronique. Cet interrupteur électronique à besoin d'une commande pour s'activer (se fermer), mais n'a pas besoin de commande pour se désactiver (s'ouvrir), car il se désactive tout seul à chaque fois que la tension qu'on lui demande de commuter disparait. Si vous savez déjà que la tension de notre réseau secteur 230 V est alternative et que le terme alternatif signifie dans le contexte présent que la polarité change sans arrêt et qu'entre les changements de polarités il se trouve un moment où la tension secteur est nulle, alors vous devriez comprendre la suite sans trop de difficulté.

L'onde secteur est alternative : la tension monte selon une courbe sinusoïdale, redescend, passe par une valeur nulle, puis remonte mais avec une polarité inverse. C'est pourquoi on la représente si souvent par une courbe du type de celle qui suit, avec des alternances positives situées au-dessus de l'axe horizontale marqué par la valeur 0 V et des alternances négatives situées au-dessous de ce même axe :

Par rapport à une référence arbitraire, la tension électrique est positive, puis négative, puis positive etc, avec un changement qui s'effectue cent fois par seconde. Un cycle complet (une alternance positive plus une alternance négative) se produit donc cinquante fois par seconde. C'est le fameux 50 hertz, qui représente la périodicité de ce signal. Comme on peut le constater sur la courbe suivante, l'onde passe brièvement par une valeur nulle, que l'on appelle passages par zéro :

Fixons maintenant des repères temporels bien précis et réguliers dans le temps.Pour des questions de facilité, disons que ces points de repère correspondent à l'instant précis où la tension du secteur passe par zéro volt.Nous avons donc cent points de repères par seconde, que l'on pourrait fort bien utiliser comme ordre de commande d'allumage d'une ampoule, sachant d'autre part que lorsque la tension secteur repasse par zéro 10 ms plus tard, l'ampoule s'éteint automatiquement parce que l'interrupteur placé dans son circuit est de type électronique et commandable, genre triac.

Regardons ce que cela donne sur un graphique, légèrement agrandi sur l'axe des temps (axe horizontal) pour nous permettre d'y voir bien clair. Le graphe suivant montre l'onde secteur dans sa couleur verte, à laquelle on voit rajoutée une courbe rouge qui représente un signal de commande.

A l'endroit où la courbe rouge est pile-poil sur l'axe horizontal 0 V, la lampe est éteinte et quand la courbe rouge monte au dessus de l'axe horizontal 0 V, la lampe s'allume. Notez que dès l'instant où l'onde secteur passe par 0 V, le signal de commande est désactivé. En d'autres termes, la petite "poussée" vers le haut de la courbe rouge correspond à l'ordre d'allumage de la lampe. Si maintenant on remplie la zone de la courbe d'évolution de la tension du secteur 230 V, sur la période de temps pendant laquelle la lampe est allumée, c'est à dire entre l'instant où l'ordre d'allumage est donné et l'instant où le secteur repasse par la valeur 0 V, voilà ce que cela donne.

Comme on peut le voir, le temps d'allumage est court et en plus de ça il se produit à la fin de chaque alternance, là où la tension appliquée à la lampe n'est plus très élevée. La lampe s'allume donc peu. Voyons maintenant ce qui se passe si l'ordre de commande est moins tardif, c'est à dire s'il se produit plus tôt par rapport au passage par 0 V de l'onde secteur. La courbe suivante montre un ordre d'allumage qui a lieu au moment où la tension secteur est à son maximum, en plein milieu de l'alternance.

Dans ces conditions, la lampe s'allume pendant une durée équivalente à la moitié de la durée totale d'une alternance et si comme tout à l'heure on remplie la zone de la courbe d'évolution de la tension du secteur 230 V, sur la période de temps pendant laquelle la lampe est allumée, voilà ce que cela donne.

On perçoit de façon instinctive que la lampe va s'éclairer plus.Si maintenant la commande d'allumage de la lampe à lieu un bref instant après l'extinction (passage par le 0 V), le retard à l'allumage est court, c'est ce que montre la courbe suivante.

Même procédé de remplissage que ci-avant, les zones pleines en vert montrent visualisent les périodes de temps pendant lesquelles la lampe est allumée.

Sous un tel régime, l'éclairement de la lampe est quasiment à son maximum. On peut donc deviner la suite : en modifiant le retard de l'ordre d'allumage par rapport à chaque passage par zéro de l'onde secteur, on peut modifier à son gré l'intensité lumineuse de la lampe. Tout gradateur de lumière repose sur ce principe somme toute assez simple, mais qui présente toutefois l'inconvénient de pouvoir couper l'onde secteur à tout instant, ce qui peut provoquer des parasites importants dans l'entourage. Heureusement, il existe des moyens d'atténuer le parasitage provoqué en ajoutant un filtre spécialement conçu pour cette tache.

Les gradateurs simples se contentent de retarder la commande du triac par un simple réseau RC (résistance + condensateur). La résistance est en fait un potentiomètre cablé en résistance variable, par lequel passe le courant qui charge le condensateur. Si le réglage du potentiomètre correspond à une valeur ohmique faible, le condensateur se charge plus vite et la tension qui monte à ses bornes atteint plus vite la tension minimale requise pour déclancher le triac (en fait, le seuil de déclanchement du triac est réhaussé artificiellement par un diac, que l'on peut assimiler à un interrupteur qui se ferme quand la tension à ses bornes atteint 32V environ) : la lampe s'allume rapidement après le passage par 0 V de l'onde secteur et brille fort. Si par contre le réglage du potentiomètre correspond à une valeur ohmique élevée, le condensateur se charge moins vite et la tension qui monte à ses bornes atteint plus lentement la tension minimale requise pour déclancher le triac : celui-ci se déclenche plus tard, la lampe s'allume tardivement et s'éclaire moins.

Le principe du retard à l'allumage de l'ampoule est conservé, mais la valeur de ce retard est rendu variable avec une électronique adéquate. La réalisation d'un gradateur automatique est moins simple que celle d'un gradateur simple (manuel), car il faut ajouter un circuit de détection du passage par zéro volt et quelques composants électronique supplémentaires pour une commande synchronisée du triac.

Ce type de gradateur n'est pas beaucoup plus compliqué que le gradateur automatique. Son principe de fonctionnement général repose toujours sur le retard à l'allumage de l'ampoule, mais la partie commande est un peu différente, en ce sens qu'elle fait appel à un circuit que l'on pourrait classer dans les convertisseurs tension / durée.

Le montage présenté ici, basé sur l'emploi d'un triac, permet de faire varier l'intensité lumineuse d'une ampoule à incandescence modèle 230 V alternatif, dont la puissance ne devra pas excéder 400 W. Il ne convient pas pour une charge inductive, tels que transformateur ou moteur. Deux montages quasiment identiques sont en fait proposés, un sans antiparasitage et l'autre avec. Même avec antiparasitage, ces montages sont simples à réaliser.

Le potentiomètre RV1, en association avec le condensateur C1, permet de déterminer le retard de l'impulsion de déclenchement qui parviendra au triac, au travers du diac 32V. Imaginez simplement que RV1 et C1 constituent un réseau de charge, dans lequel le condensateur (C1) se charge au travers d'une résistance (RV1). Si la résistance de charge (RV1) a une valeur élevée, le condensateur (C1) mettra plus de temps pour se charger que si cette résistance a une valeur faible.

Le diac peut quant à lui être considéré comme un interrupteur qui se ferme quand la tension à ses borne dépasse 32V. Si sur la broche droite du diac on a 0V, ce dernier commencera à conduire quand la tension sur sa broche "gauche", c'est à dire celle présente sur le condensateur C1, atteindra 32V. La tension de charge qui arrive sur C1 est alternative, puisque qu'elle provient du secteur 230V. Il est ainsi aisé d'imaginer que le processus de charge et de conduction du diac va se répéter au rythme de la fréquence du secteur, soit 50 fois par seconde.

Le condensateur C1 associé à la self L1 constituent un filtre passe-bas qui laisse passer le 50 Hz mais qui atténue fortement les hautes fréquences. La commutation du triac génère en effet des impulsions assez abruptes, qui provoquent un rayonnement parasite sur une large plage de fréquences. Pour s'en rendre compte, il suffit de mettre le gradateur en position médiane et de poser à côté de lui, un récepteur radio calé sur un programme de la bande AM

Le potentiomètre RV1, en association avec le condensateur C1, permet de déterminer le retard de l'impulsion de déclenchement qui parviendra au triac, au travers du diac 32V. Imaginez simplement que RV1 et C1 constituent un réseau de charge, dans lequel le condensateur (C1) se charge au travers d'une résistance (RV1). Si la résistance de charge (RV1) a une valeur élevée, le condensateur (C1) mettra plus de temps pour se charger que si cette résistance a une valeur faible.

Le diac peut quant à lui être considéré comme un interrupteur qui se ferme quand la tension à ses borne dépasse 32V. Si sur la broche droite du diac on a 0V, ce dernier commencera à conduire quand la tension sur sa broche "gauche", c'est à dire celle présente sur le condensateur C1, atteindra 32V. La tension de charge qui arrive sur C1 est alternative, puisque qu'elle provient du secteur 230V. Il est ainsi aisé d'imaginer que le processus de charge et de conduction du diac va se répéter au rythme de la fréquence du secteur, soit 50 fois par seconde.

Cette correction, qui vise à assouplir la plage de variation possible et à aller "plus loin" aux extrémités du potentiomètre, ne demande que quelques composants classiques, à savoir des diodes et des résistances. Les composants ajoutés ici pour la correction d'hystérésis sont R2, R3 et les quatre diodes D2 à D5 de type 1N4007. Attention, les deux résistances précitées vont devoir dissiper pas mal de puissance, il devra s'agir de modèles 2 W (ou mieux 3 W) et elles devront être montées avec un petit espace d'air entre elles et le circuit imprimé pour faciliter l'évacuation de la chaleur.

Le triac, qui découpe l'onde secteur plus ou moins loin de son passage par zéro, produit des harmoniques qui vont se traduire par de superbes parasites dans le voisinage. Les parasites seront d'autant plus violents que le réglage du gradateur va se situer en milieu de réglage et seront moins virulents aux positions de réglage min et max. Ceci est tout à fait normal et on ne peut pas faire autrement avec un montage de ce type (la commutation avec détection du passage par zéro de l'onde secteur, qui permet d'éviter les parasites, est réservé à la commande en tout ou rien. Il faut empêcher dans la mesure du possible que ces parasites se propagent n'importe où et casser le problème à la source même.

Pour cela, un filtre secteur pour triac est implanté entre le gradateur et le secteur 230 V. Ici, il est fait usage de condensateurs et de selfs et non d'un filtre secteur tout fait comme on en trouve sur l'arrivée secteur de certains équipements.Le filtre implanté ici est donc constitué des deux selfs L2 et L3, des condensateurs C2 à C4 et de la résistance R4, le tout monté en filtre passe-bas.

Le choix du diac est facile à trouver : demandez à votre revendeur un diac 32V et il vous donnera le bon composant.Le choix du triac,il existe une multitude de triacs, des petits, des gros, des très sensibles et des très puissants. Le modèle TIC226 est un modèle très répendu, qui permet de commuter quelques ampères sous une tension pouvant atteindre 400V et il présente une sensibilité suffisante pour cette application.

Ces montages permettent de faire varier de façon automatique, l'intensité lumineuse d'une ampoule à incandescence modèle 230 V alternatif, dont la puissance ne devra pas excéder 400 W. La durée de l'allumage ou de l'extinction de l'ampoule s'étale sur une durée comprise entre quelques secondes à une dizaine de minutes.

Premier constat : l'alimentation se fait sans transformateur. On utilise ici un pont de diodes (4 diodes - D1 à D4 - de type 1N4007), une grosse résistance chutrice (R3, 12K / 7W) et des diodes zener pour abaisser et stabiliser la tension d'alimentation à une valeur de quelques 18V (deux zeners - D5 et D6 - de 9V en série). La résistance R3 ne dissipera pas 7W, mais une marge de sécurité est ici de mise pour limiter l'échauffement et diminuer le risque de panne lié à un échauffement trop important de ce composant.

Partons donc du principe que l'inverseur SW1 est en position basse, c'est à dire en position Extinction, depuis un bon moment déjà. Dans ces conditions, le condensateur C2 de 100 uF s'est déchargé au travers de la résistance R4 et du potentiomètre RV2. La tension aux bornes de ce condensateur C2 est transmise à l'émetteur (oui, à l'émetteur) du transistor unijonction Q1, qui est monté en multivibrateur (en oscillateur, si vous préférez), en passant par un amplificateur de courant composé de deux transistors montés en darlington (Q2 et Q3). Le but de cet amplificateur de courant est de pouvoir exploiter la tension aux bornes de C2 tout en le déchargeant le moins possible de ce côté et ainsi de pouvoir se contenter d'un condensateur de faible valeur, en regard du temps de temporisation que l'on peut obtenir ici.

La tension que l'on retrouve sur l'émetteur de Q1 et donc aussi sur C1, est égale à la tension présente aux bornes de C2, moins les tensions de déchet Base-Emetteur des deux transistors Q2 et Q3 (environ 2 x 0,6 V, soit environ 1,2 V). En même temps, une tension "venue d'ailleurs" est appliquée sur C1. C'est la tension non stabilisée de plus de 300V dont nous parlions tout à l'heure, sortie tout droit du pont de diodes constitué de D1 à D4. Cette tension charge le condensateur C1 de 100 nF au travers de la résistance de forte valeur R2 de 3,6 Megohms. C1 et R2 constituent une base de temps, qui en association avec Q1, va permettre de délivrer des impulsions brêves au triac au travers d'un petit transformateur. Du fait que la tension ramenée sur C1 par R2 n'est pas filtrée, les tops (impulsions) générés par Q1 et qui déclencheront le triac, sont synchronisés avec les alternances de l'onde secteur.

Voyons maintenant ce qui se passe quand on bascule l'inverseur SW1 vers la position haute allumage, considérant que le potentiomètre RV1 est en position centrale. A cet instant, le condensateur C2 de 100 uF commence à se charger au travers de la résistance R4 et du potentiomètre RV1. La tension à ses bornes augmente tout doucement mais surement et cette tension est transmise à l'émetteur de Q1 et donc sur C1,puisque le cablage n'a pas été modifié depuis tout à l'heure (on n'est pas vicieux à ce point). Cela aura pour conséquence de charger plus rapidement C1 et ainsi d'avancer dans le temps le démarrage de l'impulsion générée par Q1, par rapport au passage par zéro de l'onde secteur. En d'autres termes, par rapport à l'onde secteur, le triac va se déclancher plus tôt et la lampe va recevoir une portion d'onde secteur plus importante et donc s'éclairer plus.

thyristor au lieu d'un triac. Ce qui explique la petite différence de branchement du thyristor et de l'ampoule, qui se retrouvent dans un circuit d'alimentation totalement redressé.

Montage permettant d'obtenir la fonction du premier schéma, cette fois sans transfo pour le déclenchement du triac, mais avec un transfo d'alimentation pour éviter l'emploi d'une grosse résistance de puissance.

Le montage présenté ici, basé sur l'emploi d'un triac, permet de faire varier l'intensité lumineuse d'un tube fluorescent.

La variation peut être obtenue à l'aide d'un potentiomètre ajustable ,ou par une tension continue externe de valeur comprise entre 0V et +5V.

Le fonctionnement général du système consiste à générer une fréquence fixe de rapport cyclique variable. L'ampoule alimentée par un tel signal va moyenner la tension alternative et s'allumer plus ou moins, en fonction du rapport entre temps d'allumage et temps d'extinction. La fréquence de fonctionnement de l'oscillateur est fixée un peu au dessus de 20 KHz, afin de limiter les risques de perturbations d'appareils audio situés à proximité. La fréquence choisie de 21 KHz permet de limiter la puissance perdue en chaleur au minimum, en respectant le point évoqué juste avant. La commande de variation de luminosité est assurée par une tension continue de valeur comprise entre 0V et +5V, ce qui ouvre des possibilités de commandes diverses, telle que commande informatisée, commande par tension externe déportée ou commande par potentiomètre numérique avec mémorisation de la position même montage mis hors tension.

L'oscillateur est construit autour d'un AOP de type LM358, monté en oscillateur sinusoïdal : c'est le circuit nommé U1:A sur le schéma électronique. Le signal sinusoïdal peut être observée en TP1, c'est à dire directement aux bornes du condensateur C1. Il est transmis à l'entrée inverseuse du comparateur de tension formé d'un autre AOP de type LM358, qui prend ici la forme de U1:B (U1:A et U1:B sont en fait inclus dans un seul boitier à huit pattes DIL8 : le boitier est dénommé U1 et les deux parties qu'il contient sont appelées A et B).

L'entrée non inverseuse du comparateur est quant à elle reliée à la tension de commande qui détermine le seuil de basculement du comparateur. Plus la tension de commande est faible et plus le temps d'allumage est court par rapport au temps d'extinction et moins la lampe s'illumine. L'illumination de l'ampoule augmente quand la tension de commande augmente. En pratique, il s'avère que la luminosité maximale est atteinte un peu avant que la tension de commande n'ait atteint 5V, ce qui dans la majorité des cas ne devrait pas présenter un problème critique.

Le potentiomètre RV1 permet ici de faire fonctionner le montage sans source de commande externe. Si vous choisissez de piloter le gradateur par une tension continue externe, acheminée sur le connecteur J1, il vous faudra alors placer l'inverseur SW1 dans la position adéquate, c'est à dire en position basse sur le schéma. Bien entendu, potentiomètre RV1 et inverseur SW1 peuvent tous deux être supprimés si la commande par tension externe est la seule désirée. Le potentiomètre RV1 peut aussi être remplacé par un potentiomètre numérique, de type MAX5475 par exemple, qui permet une commande par deux boutons poussoirs, un bouton pour la commande Plus qui incrément et un autre boutton pour la commande Moins qui décrément.

Ce montage est prévu pour fonctionner sous une tension continue de +12V, mais fonctionne parfaitement entre +9V et +18V. Bien entendu,le choix de l'ampoule doit être fonction de la tension d'alimentation utilisée.

Le montage présenté ici, basé sur l'emploi d'un triac, permet de faire varier l'intensité lumineuse d'une ampoule à incandescence modèle 24 V (max 150 W) et s'alimente sous une tension d'alimentation de 24 V alternatif.

Le potentiomètre RV2 (50K lin) permet de régler l'intensité lumineuse. Le potentiomètre RV1 (100K lin), de type ajustable, doit être réglé une fois pour toute pour obtenir l'extinction complète de l'ampoule quand le potentiomètre RV2 est en position lumière min (curseur du côté de R2).

Ce gradateur a été initialement conçu pour travailer avec une tension continue de commande comprise entre 0 V (intensité lumineuse minimale) à +5 V (intensité lumineuse maximale), mais un réglage intégré permet de travailler avec une tension de commande comprise entre 0 V et +10 V, toutes valeurs intermédiaires étant bien sûr permises.

Le gradateur dont il est question ici fait appel à des composants actifs, transistors et circuit intégré, qui requièrent une tension d'alimentation modeste, disons de 12 V.

On voit bien le pont formé par les quatres diodes D1 à D4, mais pas de trace du condensateur de filtrage. Normal, car nous ne voulons pas filtrer l'alimentation, tout du moins pas à cet endroit. Nous avons en effet besoin d'une tension alternative redressée qui monte et surtout qui descend jusqu'à zéro volt, au même rythme que l'onde secteur 230V. Pour pouvoir détecter à quel instant l'onde secteur est à son minimum, nous verrons l'utilité de cela plus loin.

Avant la diode D5 (sur son anode), nous disposons d'une tension alternative doublement redressée, de fréquence 100 Hz. Après la diode D5 (sur sa cathode), nous disposons d'une tension continue, résultat du filtrage (lissage) opéré par le condensateur C1. Pour assurer à l'ensemble un fonctionnement correct, la tension continue disponible après D5 est stabilisée par le régulateur de tension U1 de type 78L12. La tension en sortie du régulateur 78L12 est une tension parfaitement stable de +12V, qui sert donc à l'alimentation de toute la partie commande du gradateur.

La détection du passage par zéro volt de l'onde secteur est assurée par le transistor Q1, qui reçoit sur sa base la tension redressée double alternance issue du pont de diodes (D1 à D4) et qui n'est pas filtrée, c'est ce que nous avons vu précédemment. Ce transistor Q1 est monté en commutation (bloqué ou saturé), il conduit quand la tension présente sur sa base est au moins de 0,6V. Comme la tension qu'on lui fourni au travers de R1 varie de 0V à 16V environ (tension crête après redressement), il reste plus longtemps saturé que bloqué. En réalité, il n'est bloqué qu'un très bref instant, juste au moment où l'onde secteur passe par 0 V. A ce moment précis, le transistor Q2 devient passant, grâce à la résistance de polarisation de base R3.On peut donc dire que Q2 n'est passant que pendant les passages par zéro de l'onde secteur. Et quand Q2 est passant, il décharge d'un coup d'un seul, le condensateur C3. Quand la tension d'entrée alternative remonte, le transistor Q1 se retrouve à nouveau saturé et la base de Q2 se retrouve à la masse via la jonction émetteur - collecteur de Q1. Ce qui le bloque et permet à C3 de se charger.

Il convient de dire que la tension continue externe de commande est comparée en permanence avec une tension continue locale qui varie linéairement, suivant la forme d'une dent de scie. Cette dent de scie évolue entre deux valeurs minimale et maximale, par exemple 0 V et +5 V. En prenant ces valeurs données en exemple, la tension part de 0 V, monte progressivement jusqu'à +5 V, puis une fois atteinte la limite haute de +5 V, redescend d'un seul coup à 0 V.Voici donc à quoi ressemble le signal au point test TP3, qui n'est rien d'autre que l'évolution de la tension sur le condensateur C3.

Notez bien que la descente brutale de la tension aux bornes de C3, du à sa brusque décharge par le transistor Q2, à lieu toutes les 10 ms, à chaque passage par zéro de l'onde secteur. Nous avons donc 100 dents de scie par seconde.La tension de commande externe, comprise entre 0 V et +5 V, est comparée à ce signal évolutif, qui part toujours de 0 V lors du passage par zéro de l'onde secteur. Si la tension de commande externe vaut +2,5 V, il y aura égalité entre tension de commande et valeur de la dent de scie au moment où cette dernière aura accompli la moitié de sa montée. Si la tension de commande externe vaut +1 V, il y aura égalité entre tension de commande et valeur de la dent de scie au moment où cette dernière aura accompli 20 % de sa montée.

Et si la tension de commande externe vaut +4 V, il y aura égalité entre tension de commande et valeur de la dent de scie au moment où cette dernière aura accompli 80 % de sa montée. Si sachant cela on décide d'envoyer l'impulsion de commande au triac (commande d'allumage de l'ampoule) au moment où il y a égalité des tensions, alors la lampe s'allumera plus ou moins tôt selon que la tension de commande est plus ou moins élevée. Nous venons en fait de réaliser un sou sytème de retard commandé par une tension. La comparaison de la tension en dent de scie avec la tension de commande externe aurait pu être simplement réalisée avec un simple comparateur de tension, mais j'ai préféré ajouter un petit étage d'amplification (ou d'atténuation) qui permet d'adapter la plage de la tension de commande à une plage autre que celle des 0 V à +5 V prévue à l'origine.

Notez que les deux AOP U2:A et U2:B sont montés de telle sorte que la tension de commande, quand elle augmente, raccourcit le temps de retard pour assurer un allumage plus fort de la lampe.

Le triac n'est pas commandé par une tension continue comme c'est le cas dans beaucoup de montages simplifiés. La raison est imposée par l'isolation galvanique souhaitée entre le circuit de commande et le triac et qui est assurée par le transformateur TF2, qui ne peut pas passer le courant continu. Pour rappel, un triac n'a pas besoin d'une tension de commande permanente une fois qu'il est amorcé. Une impulsion suffit à l'amorcer et il le reste jusqu'à ce que le courant circulant entre ces deux broches A1 et A2 descende en-dessous d'une certaine valeur. Ce qui se produit toutes les 10 ms, lors du passage pa zéro de l'onde secteur. En sortie de l'AOP U2:B, le signal continu obtenu après basculement est donc transformé en impulsion unique, grâce au réseau différentiateur C4 / R10. L'impulsion produite provoque la mise en conduction (saturation) du transistor Q4, qui entraine aussitôt le passage d'un courant dans la bobine primaire de TR2. Le secondaire de ce transformateur TR2 répercute cette impulsion sur la gachette du triac U3, qui s'amorce.

Un filtre sommaire mais néanmoins assez efficace est mis en oeuvre pour limiter la remontée des parasites produits par le triac, vers le réseau 230V. Ce filtre est constitué de la bobine L1 et du condensateur C5. Les deux composants R1 / C6 constituent le fameux réseau RC (snubber)

Gradateur de lumière secteur basé sur le circuit intégré spécialisé S576, capable d'allumer, d'éteindre ou de faire varier l'intensité lumineuse d'une lampe, par le simple effleurement du doigt sur une petite touche sensistive.

Le circuit intégré S576 est un circuit spécialisé, spécialement conçu pour réaliser un gradateur de lumière avec commande par touche sensitive. La basse tension requise pour son bon fonctionnement est tirée d'une alimentation sans transformateur qui abaisse le 230V en une tension de 15V, au moyen de quelques composants qui savent rester assez discrets. Ces composants sont R5, C3, D2, D3 et C4, pour simplifier, C3 limite le courant et D2 limite la tension à sa valeur de zener, qui est ici de 15V. La détection du toucher s'effectue par une petite surface métallique reliée à l'entrée Sens (borne 5 du S576), au travers de deux résistances de forte valeur (R1 et R2 de 4M7) destinées à protéger l'utilisateur en cas de défaut au niveau du secteur 230V.

La commande du triac se fait via la sortie en borne 8 du circuit. on voit ici une diode D1 entre la sortie 8 et la gachette (G) du triac, elle est présente sur le schéma proposée par le constructeur.

Il y a un sens de branchement, la phase est le neutre doivent être reliés comme indiqué sur le schéma.Remarque concernant R5 : J'ai opter pour une résistance de 5 W.

Gradateur de lumière basse tension est destiné à alimenter une lampe à incandescence, via un signal en tout ou rien de type PWM.Il est conçu autour d'un microcontrôleur associé à un transistor MOSFET de puissance. Le réglage de la puissance lumineuse s'effectue avec un potentiomètre local ou avec une tension de commande externe comprise entre 0 V et +5 V ou entre 0 V et +10 V.

Le PIC 12F675 fait tout. Il intègre un convertisseur analogique / numérique qui nous permet de connaitre la tension d'entrée (de commande), qu'elle vienne du potentiomètre RV1 ou de l'extérieur (choix par SW1) et il génère de façon entièrement logicielle un signal PWM dont le rapport cyclique est proportionnel à la tension mesurée.

procedure ADC_GetValue
const
bUseMPProc = false
begin
Out_Test2 : = 1
if bUseMPProc then
begin
AdcInNew : = ADC_Get_Sample(0) shr 3; // keep 7 MSB from 10 bit acquired value
end
else
begin
bADCIntOccured := false
ADCON0.ADFM := 0 // 0 = left justified, 1 = right justified
ADCON0.1 : = 1
PIR1.ADIF : = 1
repeat
delay_us(1)
until (PIR1.ADIF = 0)
AdcInNew : = ADRESH shr 1 // get 7 MSB value
end
: = 0
end
begin
Main_Init
while true do
begin
// TMR0 Interrupt ?
if bT0IntOccured then
begin
Out_Test : = Out_Test xor 1
if iStepPWM < 127 then
inc(iStepPWM)
else
iStepPWM : = 0
Out_PWM : = (PwmDuty > iStepPWM)
bT0IntOccured : = false
end
// read actual analog value on GP0 / AN0 pin
ADC_GetValue
// if acquired analog voltage has changed, refresh PWM value
if AdcInNew <> AdcInOld then
begin
PwmDuty : = AdcInNew
AdcInOld : = AdcInNew
end
end
end

Un code qui ma foi ne fait pas tout de façon parfaite, contrepartie de sa simplicité. La fréquence du signal PWM correspond à la fréquence des interruptions du Timer0 divisée par 127. Avec les valeurs adoptées ici dans le code logiciel du PIC,nous avons une récurrence des interruptions de 5 kHz, ce qui conduit à une fréquence du signal PWM de quelque 40 Hz. C'est certes bien inférieur à ce qu'on peut avoir avec les solutions proposées ci-après ! A noter par la même occasion que le temps pris par la conversion A/N est nettement supérieur à ce que j'attendais (200 us au lieu de quelques us) et que cette largesse empêche d'avoir un rythme d'interruption élevé (5 kHz au lieu des 55 kHz attendus).

Elle est assurée par un seul composant : le transistor MOSFET de puissance Q1 / IRFZ44. Ce transistor ne réclame quasiment aucun courant sur sa grille et est capable de commuter des courants de plusieurs ampères, ce qui nous arrange bien dans le cas présent.

L'alimentation du PIC se fait sous +5 V, via le régulateur de tension U2 de type 78L05. Le PIC est ainsi bien découplé (isolé) des variations induites par les commutations du transistor de puissance.

Dans ce montage, un PIC (U1 / 12F675) est utilisé pour la conversion analogique / numérique de la tension de commande et un second PIC (U2 / 16F628A) est utilisé pour générer le signal PWM. Entre les deux, une liaison directe pour transférer les valeurs désirées (entre 0 et 100 %). Ca laisse aussi entrevoir que l'on peut utiliser un 16F628 pour contrôler la luminosité d'une lampe non pas à partir d'une tension continue, mais à partir de signaux codés, tel un code RC5 de télécommande TV, par exemple

Les signaux PWM délivrés par le 18F2520 peuvent se faire sur une, deux ou quatre sorties :
-en mode "simple" (une seule sortie utilisée, comme c'est le cas ici)
- en mode Half-bridge (deux sorties utilisées, l'une étant le complément - signal inversé - de l'autre)
- ou en mode Full-Bridge (deux ou quatre sorties utilisées).

Le PIC 16F88 utilisé ici disposant de pas mal de lignes d'E / S libres, il semblait judicieux de les exploiter pour indiquer, au moment du démarrage, quelle fréquence adopter. C'est ainsi que les lignes RB1 à RB7 définissent un mot binaire qui est traduit en une valeur de fréquence PWM bien précise. Ces lignes disposent de résistances pullup intégrées qui sont activées, c'est à dire qu'elles sont à l'état logique haut si on ne les raccorde à rien et à l'état logique bas si on les raccorde à la masse. Pour exploiter ces lignes RB1 à RB7, vous devez y connecter des interrupteurs, cavaliers ou ponts de soudure qui font jonction avec la masse. Le schéma qui suit montre l'usage de microswitches (interrupteurs miniatures au format physique DIL14) mais pour le circuit imprimé j'ai opté pour un connecteur 2x7 broches pouvant recevoir des cavaliers amovibles, c'est moins coûteux.

Ce gradateur de lumière multi-voies permet de piloter de façon individuelle le taux de luminosité de 8 lampes à incandescence 230 V (max 220 W par voie) grâce à de simples messages MIDI de type NoteOn issues d'un clavier maître MIDI ou d'un séquenceur logiciel (Cubase, Logic ou autre). Pour ce faire, il est fait usage d'un microcontrôleur de type 18F2520 (ou 18F2420), qui convertit les données MIDI reçues (provenant d'un clavier ou d'un séquenceur logiciel) en impulsions de déclanchement adressées à des triacs.

Remarque : au démarrage du système, toutes les lampes sont éteintes ou faiblement allumées (au choix de l'utilisateur), il n'y a pas d'enregistrement (mémorisation) des dernières commandes MIDI reçues. La raison en est simple, j'ai conçu ce montage pour le piloter via une piste MIDI de Cubase, avec des musiques composées et jouées avec ce logiciel. Une fonction de mémorisation pourrait toutefois être implémentée si le besoin s'en faisait sentir.

Le schéma comporte la section alimentation, la section de décodage des données MIDI et l'interface de puissance secteur 8 voies.

Basé sur un microcontrôleur de type PIC 18F2520 ou 18F2420 avec modifications mineures du code logiciel, la section principale du circuit reste en attente permanente de données MIDI et dès réception d'une note, la décode et détermine quelle valeur de luminosité donner à telle ou telle voie de sortie. Les notes reconnues par le circuit sont fixes et non modifiables par l'utilisateur.Pour chaque voie, c'est la vélocité de la note qui détermine le taux d'éclairement. La vélocité d'une note MIDI peut prendre 128 valeurs, de 0 à 127. Une valeur de vélocité de 1 correspond à un taux d'éclairement minimal (0%) et une valeur de vélocité de 127 correspond à un taux d'éclairement maximal (100%). La valeur de vélocité 0 n'est pas prise en compte car elle accompagne parfois une évenement de type Note On pour constituer un évenement de type Note Off. En procédant ainsi, on peut relacher le clavier ou produire un Note Off dans le séquenceur à tout instant, après l'envoi du Note On avec la valeur de la vélocité souhaitée. La lumière du canal concerné ne risque donc pas de s'éteindre de façon inopinée.

L'alimentation secteur permet de fournir une tension stabilisée de +5 V pour le microcontrôleur PIC et en même temps délivre des impulsions à la fréquence de 100 Hz synchronisées sur les alternances du secteur, via les deux optocoupleurs U4 et U5. La régulation du +5 V est assurée par un régulateur de tension intégré classique de type 7805. On trouve également le traditionnel pont de diodes (D2 à D5) et le condensateur de filtrage principal (C3). La solution consistant à employer des optocoupleurs directement alimentés sur le secteur au travers d'une résistance de forte valeur pour délivrer des impulsions 100 Hz a été retenue, en prenant soin cependant d'augmenter la largeur des impulsions fournies (durée voisine de 30 us) avec un monostable de type CD4538. La largeur des impulsions de synchronisation 100 Hz est au final de 1 ms ,valeur fixée par les composants C5 et R6 et permet un fonctionnement correct avec les interruptions du PIC.

Les lampes sont alimentées au travers de triacs courants et bon marché et des optocoupleur sont insérés entre circuit de commande (microcontrôleur) et commandes 230 V afin d'assurer une bonne isolation électrique. Cela n'est pas obligatoire, mais permet d'éviter qu'une des branches du secteur ne se retrouve sur la partie alimentation basse tension. La commande directe (sans isolation) est répendue pour les gradateurs bas coût basés sur microcontrôleur, mais là je n'ai pas voulu faire comme ça. Notez qu'ici, il est impératif d'utiliser des optotriacs qui ne possèdent pas de circuiterie de détection de passage par zéro de l'onde secteur.

Deux fonctions plus ou moins utiles à activer ou non selon votre humeur sont disponibles au travers des cavaliers JP1 et JP2.JP1 / Mode debug ,Si le cavalier JP1 est orienté vers la masse (RA4 à l'état logique bas), le logiciel du PIC démarre en mode standard.Si le cavalier JP1 est orienté vers le +5 V (RA4 à l'état logique haut), le logiciel du PIC démarre en mode débug. On dispose dès lors de signaux logiques supplémentaires sur les broches RB1 à RB3 et RC0 à RC3.RB1 / Test_Clk : l'état logique de cette sortie change toutes les 79 us, à chaque interruption du timer 0.RB2 / Test_100Hz : l'état logique de cette sortie change toutes les 10 ms, à chaque détection de passage par zéro de l'onde secteur.RB3 / Test_MIDI : une impulsion brêve est disponible sur cette sortie lors de la réception d'un octet d'une trame MIDI.

Pour chaque message MIDI de type Note On, on dispose de trois impulsions courtes.RC0 à RC3 : ces sorties délivrent sous forme binaire le numéro de la note MIDI reçue. Valeur 1 pour le Do3, valeur 2 pour le Ré3 et valeur 8 pour le Do4. En connectant un décodeur BCD / 7 segments (CD4543 ou SN7447 par exemple), on dispose d'un affichage de l'index de la dernière note reçue.JP2 / Light On Start, si le cavalier JP2 est orienté vers la masse (RA5 à l'état logique bas), les lampes sont éteintes lors de la mise sous tension du système.Si le cavalier JP2 est orienté vers le +5 V (RA5 à l'état logique haut), les huit lampes s'allument lors de la mise sous tension du système, avec un taux de luminosité de 20% à 25% environ. Cela permet de tester la partie puissance sans avoir à envoyer de données MIDI.