Détecteur de présence DCC par consommation de courant

[Dominique]

J'ouvre ce sujet pour regrouper diverses contributions éparpillées un peu partout dans ce forum.

C'est un détecteur dont j'avais trouvé le schéma il y a quelques années sur ce site
http://train.modele.free.fr/detecteur.htm

Soucieux de ne pas abimer le signal DCC, j'ai utilisé des diodes Scottky plus rapides que des diodes de redressement mais nous allons voir que ce n'est pas nécessaire.

Les schéma initial et les cartes qui équipent actuellement mon réseau sont :


Plusieurs remarques :
Les diodes Schottky sont très rapides donc l'influence du détecteur, placé en série avec le signal DCC, ne sera pas perturbé par des temps de retournement trop importants.

Mais les diodes Schottky ont une faible chute de tension en direct et le circuit est moins sensible qu'avec des diodes de redressement. Sur mes premiers détecteurs j'avais prévu des SB260 qui passent 3A et ça ne détectait presque pas. Je les ai remplacées par des 1N5819 qui passent 1A (mais beaucoup plus en pointe, cas qui ne se produit que lors d'un court-circuit, donc il faut réagir vite pour couper le courant - c'est un autre sujet). cela m'a amené à ne pas installer le potentiomètre ou résistance variable de 10K sur la base du transistor pour avoir la sensibilité maximale.

Malgré cela, c'est vrai qu'un train à l'arrêt n'est plus détecté (sauf certaines loco Fleischmann anciennes qui consomment beaucoup). Tout dépend de ce qu'on veut faire. Personnellement je m'intéresse principalement au mouvement, sachant qu'un train qui ne bouge pas ne change pas de place et une perte de détection doit être traitée par logiciel.

Personnellement j'ai plus de 40 détecteurs dans mon réseau et une bonne 10zaine dans celui de mon club et ça marche depuis plus de 2 ou 3 ans.

Si on veut une sensibilité plus grande, il faut remplacer les 1N5819 par des diodes de redressement (si possible rapides).

Puis, à l'occasion du sujet sur le shield ATTiny, Jean-Luc a eu la bonté de concevoir une carte détecteur double.
http://forum.locoduino.org/index.php?topic=482.msg5109#msg5109


La carte détecteur double :




Puis une carte détecteur simple
http://forum.locoduino.org/index.php?topic=482.msg5118#msg5118


La carte détecteur simple :



Dans ce qui suit je rassemble les expériences de chacun de nous.

[Dominique]

Voici maintenant les remarques concernant la mise en oeuvre de ces cartes :

Bonjour à tous,
attention la sérigraphie de la LED de la carte détecteur simple est inversée. A priori, c'est OK en la retournant.

Ah oui, exact.

Pour les composants polarisés (LEDs, capas chimiques), la patte longue dans le trou carré

[Dominique]

Voici la BOM du Détecteur simple

C'est une 1kΩ, pas une 10kΩ. Il y a le potentiomètre à régler également.



Ainsi que le schéma

[Dominique]

Et puis les tests commencent :

Il me semble que remplacement de la brave 1N4007 par une diode à faible chute de tension 1N5819 dans cette application n'est pas judicieuse.
La 1N400x est spécifiée au très classique 0,7V à 10 mA ...
Vos avis ?

Nota : dans mon test l'ajustable 10K était réglé au maxi (9K).

C'est vrai que les diodes Schottky ont une faible chute de tension en direct et le circuit est moins sensible qu'avec des diodes de redressement. Sur mes premiers détecteurs j'avais prévu des SB260 qui passent 3A et ça ne détectait presque pas. Je les ai remplacées par des 1N5819 qui passent 1A (mais beaucoup plus en pointe, cas qui ne se produit que lors d'un court-circuit, donc il faut réagir vite pour couper le courant - c'est un autre sujet). cela m'a amené à ne pas installer le potentiomètre ou résistance variable de 10K sur la base du transistor pour avoir la sensibilité maximale.

Malgré cela, c'est vrai qu'un train à l'arrêt n'est plus détecté (sauf certaines loco Fleischmann anciennes qui consomment beaucoup). Tout dépend de ce qu'on veut faire. Personnellement je m'intéresse principalement au mouvement, sachant qu'un train qui ne bouge pas ne change pas de place et une perte de détection doit être traitée par logiciel.

Personnellement j'ai plus de 40 détecteurs dans mon réseau et une bonne 10zaine dans celui de mon club et ça marche depuis plus de 2 ou 3 ans.

Si on veut une sensibilité plus grande, il faut remplacer les 1N5819 par des 1N4007 (il en existe des plus rapides, je n'ai pas les ref ici), voire une seule des 2 en série. Il y a eu une discussion sur ce forum avec Savigny Express qui a vérifié un bon fonctionnement avec des diodes de redressement à la place des Schottky. Dans ce cas la résistance variable sur la base du BC547B ou 548B redevient nécessaire pour régler la sensibilité.

Autre piste si elle existe serait d'utiliser un transistor avec un seuil de conductivité plus faible (là je ne sais pas).

J'ai reçu les cartes ce matin mais je n'ai pas eu le temps de les déballer. Ce sont des cartes doubles avec des diodes traversantes. Donc je pourrai faire des essais comparatifs avec mes détecteurs d'origine (y'a pas de raison que ce soit différent).

La question repose à mon avis sur le seuil de détection que l'on veut (1mA, 10 mA, 100mA ?)
Là on est plus haut que ce que vous attendiez peut-être. Mais ça doit pouvoir se modifier.

Amicalement.
Dominique

Toujours pour le détecteur simple, après quelques coups de pompe (à dessouder), c'est bien reparti avec une 1N4007 en D5 et 1K en R1. Le reste sans changement.
A sensibilité maxi, on détecte 22K sur les rails ou une petite loco feux éteints. A 33K, ça ne bouge pas.
Testé avec 12 V sur le shield moteur. A voir pour l'ABC.

Il existe des diodes avec un seuil comparable et un temps de « retournement » meilleurs (100ns au lieu de 1500ns)

Par exemple

https://www.tme.eu/fr/details/her106/diodes-universelles-tht/dc-components/

100ns et 1V à 100mA

En fait, je constate que j'ai déjà presque ça en quantité dans mes tiroirs (FR204) :
http://www.eicsemi.com/DataSheet/FR201_7.PDF
150 ns et 0,7V à 10mA, 1,1V à 1A.
Je vais tester avec 2+2, donc équilibré.
D'ailleurs, je n'ai plus de 1N4007.

Bon, si vous ne voulez pas devenir expert de la pompe à dessouder, n'hésitez pas à faire quelques essais sur une breadboard avant. Et de tester avec le courant que vous souhaitez détecter. Pour cela, alimenter le montage en courant continu entre 3 et 1 et mettre une résistance entre 3 et 2 sur deux diodes en externe.
En effet, les 1N5819 sont d’excellentes diodes de redressement (0,3V sous 10mA) et donc peuvent ne jamais déclencher un BC547B un peu dur d’oreille même avec une 1N4007 en série.
Donc deux FR204 en série (0,6 V sous 10 mA) semblent bien faire l'affaire. ( + deux autres pour être symétrique).
On a une plage de réglage importante avec l'ajustable.

[Dominique]

Bonjour à tous

Après 2 jours de recherche et détérioré 2 circuits, voici les résultats des tests (morceau de breadboard)

1 Attention pour la led verte, le plat doit être mis dans le sens inverse de la sérigraphie sur le CI

2 Sacrer soucis avec les diodes, j'ai remplacé par des diodes big ones BY255 (je les utilise pour mes autres détecteurs)

3 Pour Info, ce circuit fonctionne avec le BC547b important le b, le a et c pose problème, 2N2222, le 2N3904 (ma préférence)

4 Je vais remonter tous ce petit monde sur le CI de Jean-Luc et je vous ferais suivre les infos

Cordialement
Marcel

[Dominique]

Marc-Henri nous avait prévenu il y a quelques mois, j'aurais du faire des tests plus tôt, d'autant que j'en avais conclu que les diodes Schottky ne sont plus nécessaires, mais on est tellement occupés...

Bonjour à tous,

Je viens de procéder à de nouveaux tests avec les diodes dont je dispose.

1N4002G
Tension inverse max 100 V. Temps de récupération 2 us.

1N4007H
Tension inverse max 1000 V, Temps de récupération 2 us.

J'ai comparé l'allure du signal DCC à l'oscillo avant, après le détecteur, après le freinage ABC, sans constater aucune différence visible. La loco réagit toujours aux commandes. Je pense qu'un temps de 2 us reste compatible avec les durées des demi-périodes DCC de 58 us (1) et 100 us (0).

Bon week-end prolongé.

[Dominique]

Je vous fait part d'une analyse technique très interessante de Jean-Luc :

Les diodes ont un "reverse recovery time" : Si une diode est conductrice dans le sens direct et immédiatement commutée à l'état inverse, la diode sera conductrice à l'état inverse pendant un court laps de temps à mesure que la tension directe diminue. Le courant traversant la diode sera assez important dans le sens inverse pendant ce petit temps de récupération.
Une fois les porteurs de charge réabsorbés la diode est de nouveau bloquée en inverse et le courant chute jusqu'au niveau de fuite.

On voit que dans le cas du DCC, cette durée peut avoir une influence sur sa qualité temporelle.

L'avantage des schottky est le faible temps de récupération mais leur problème est la faible tension directe qui rend le détecteur peu sensible (le Vbe du transistor est légèrement au dessus de 0,7V). Il ne faut donc pas employer de schottky si on veut détecter du matériel à l'arrêt ou des essieux graphités (détection de perte de wagon)

Le problème des diodes 1N400x est le temps de récupération qui est de 1,5µs, c'est à dire non négligeable devant les caractéristiques temporelles du signal DCC.

Heureusement il existe des diodes non schottky qui ont des temps de récupération faibles et des tensions directes élevées :

https://www.tme.eu/fr/details/es1j-dio/diodes-universelles-smd/diotec-semiconductor/es1j/

Version SMS
temps de récupération : 35ns
tension directe : 0,7V à 1 mA, 0,85V à 10mA, 1,05V à 100mA

En version THT, il y a aussi, mais avec un temps de récupération de 50 ns :
https://www.tme.eu/fr/details/fe2a-dio/diodes-universelles-tht/diotec-semiconductor/fe2a/
https://www.tme.eu/fr/details/fe2b-dio/diodes-universelles-tht/diotec-semiconductor/fe2b/
https://www.tme.eu/fr/details/fe2d-dio/diodes-universelles-tht/diotec-semiconductor/fe2d/
https://www.tme.eu/fr/details/fe2g-dio/diodes-universelles-tht/diotec-semiconductor/fe2g/
et en 35 ns (mais le stock est = 0):
https://www.tme.eu/fr/details/sf26-yan/diodes-universelles-tht/yangjie-technology/sf26/

[msport]

Une fois terminées, ou presque.

[CATPLUS]

Après tous mes essais, la conclusion voir le remplacement des diodes préconisés par des 1N4007
Il me reste que 1N4001 trop faible, ci joint  un montage Tour Eiffel avec BY255 (oui c'est très très moche)
Cela fonctionne parfaitement

J'ai attaqué le double mais ......

Cordialement
Marcel

[DDEFF]

Bonjour Dominique,

Moi, ce qui me chagrine dans ces schémas, c'est l'usage d'opto-coupleurs à une seule diode.
Je pense que ce serait plus efficace avec des opto-coupleurs qui détecteraient les deux sens de courant (Ex SFH6206)
https://www.tme.eu/fr/katalog/optocoupleurs-sortie-analogique_100138/#search=SFH6206&s_field=artykul&s_order=ASC
Sinon, on se pénalise en ne détectant qu'une alternance.

Amicalement
Denis

[Dominique]

Denis,

Peux tu faire le schéma complet que tu as en téte ?

Amicalement
Dominique

[Jean-Luc]

3 Pour Info, ce circuit fonctionne avec le BC547b important le b, le a et c pose problème, 2N2222, le 2N3904 (ma préférence)

Pourquoi le C pose-t-il problème alors que son gain est supérieur à celui du B ?

[msport]

Le problème dans ce montage n'est pas tant le gain que le Vbe sat. (avec 200, il suffit de 0,05 mA dans la base, donc 0,05 V sur la 1K dans la base pour saturer le transistor à 10 mA, même si c'est le double avec 10 K à la masse)
Du fait de la dispersion, ce Vbe sat peut être supérieur à la tension de deux diodes Schottky et donc, le transistor peut ne pas conduire. (il est < 0,77 V à 10 mA pour les BC547B-C)

Le 2N3904 peut être pire : Le Vbe sat 10 mA est spécifié jusqu'à 0,85V, mais tout dépend de votre exemplaire ...

Donc à expérimenter.

[msport]

... diodes préconisés par des 1N4007
Il me reste que 1N4001 trop faible ...

Dans cette application, les 1N4001 conviennent parfaitement : la tension inverse à laquelle elles sont soumises ne dépasse pas la tension directe des deux autres, donc 1,4V. Même si c'est le double à 30A. Il y a donc de la marge par rapport à 50V !
Certes avec 1000V on peut redresser le secteur, mais là, il vaut mieux éviter.
30A est le courant admissible sur 8ms, on peut espérer que la protection de la Base Station sera intervenue avant.

Quant la rapidité, je n'ai pas constaté de problèmes à ce niveau, mais peut-être y a-t-il d'autres expériences ?

[Jean-Luc]

Moi, ce qui me chagrine dans ces schémas, c'est l'usage d'opto-coupleurs à une seule diode.
Je pense que ce serait plus efficace avec des opto-coupleurs qui détecteraient les deux sens de courant (Ex SFH6206)
https://www.tme.eu/fr/katalog/optocoupleurs-sortie-analogique_100138/#search=SFH6206&s_field=artykul&s_order=ASC
Sinon, on se pénalise en ne détectant qu'une alternance.

Oui mais avec le montage auquel je pense que tu penses le courant piqué à la traction va directement dans l’optocoupleur sans passer par un transistor. Pour avoir une bonne sensibilité, est ce suffisant pour que l’optocoupleur fonctionne de manière satisfaisante ?

http://www.ho-ptit-train.be/html_en/cablage_03_en.html