La réalisation d'une carte de puissance robuste et suffisamment performante n'est pas une chose simple. Cela réclame en particulier le contrôle de la phase de commutation des transistors de puissance (sous peine d'échauffement de ces derniers et tous les problèmes qui en découlent), ce qui passe par une étude rigoureuse de leurs caractéristiques et une maîtrise de la sortie de la commande (pour éviter une configuration dangereuse du pont en H : typiquement en court-circuit). Bref concevoir et réaliser une carte de puissance opérationnelle et fiable, avec quatre transistors Mos canal N pilotés de manière "habituelle", demande un investissement en temps important, or le temps fait toujours défaut à un club de robotique.

Chose réjouissante, les progrès de l'électronique font que récemment on a pu voir apparaître des circuits de puissance intégrant à la fois le pont en H et son pilote. D'un coup ce sont de nombreuses difficultés qui sont éliminées et notre tâche s'en trouve d'autant simplifiée. Cet article va présenter un de ces composants : le LMD18200.

Ce composant est donc un circuit monolithique regroupant un pont en H et son pilote (plus la logique de contrôle et de protection). Il se présente dans un boîtier TO220 avec 11 broches (assez encombrant comme vous pouvez le voir), et dont la surface d'échange thermique est reliée à la masse.

Les caractéristiques qui nous intéressent, sont un courant de sortie de 3 ampères (le double en pointe) une tension d'alimentation de 12 volts minimum (bien qu'il fonctionne correctement à cette tension et jusqu'à 55 volts, la conception de ce composant est optimisée pour une tension de 24 volts).

Le principal avantage de ce composant intervient lors de sa mise en oeuvre. Le tableau suivant en résume le brochage :

Ce qui au final nous donne 8 broches. Les broches de bootstrap servent à à la pompe de charge interne, nécessaire pour la génération d'une tension supérieure à celle d'alimentation (commande des grilles des transistors côté haut) il faut donc placer une capacité de faible valeur (10 nF par exemple) entre chacune de ces broches et la sortie de puissance correspondante.

Le reste coule de source : on pensera à bien découpler l'alimentation et prévoir un radiateur si l'on tire beaucoup de courant.

Les entrées supplémentaires sont pratiques si l'on tient à avoir un visibilité sur le fonctionnement de la puissance (consommation de courant, surchauffe), la dernière entrée qui commande le freinage met les sorties en court-circuit afin d'utiliser le moteur comme frein (ceci n'étant pas toujours judicieux, mieux vaut se focaliser sur l'asservissement).

Voici le schéma électrique de la carte de propulsion utilisée dans le robot Snooky (2002) du club de robotique de l'ESEO.

On remarquera l'effort mené sur le découplage de l'alimentation de puissance, afin d'éliminer tout risque de perturbation des cartes de commandes (les capacités de 47 pF --pas top utiles-- sont remplacées par des 2 nF).

Voici le plan de la carte routée. Par précaution, j'ai renforcé les pistes d'alimentation et de sortie avec une couche supplémentaire d'étain.

La carte obtenue est en effet assez compacte. Ne pas hésiter à utiliser des vias pour s'assurer que le courant puisse facilement passer d'un plan à un autre si besoin.

Il n'y a pas grand chose à dire : l'ensemble fonctionne bien (et n'a jamais posé de problèmes) avec une fréquence de PWM de 10 kHz (utile pour les vérifications : si le circuit émet un bruit aigu --à la fréquence de la PWM-- c'est que le courant sircule).

• Attention pont en H oblige : les sorties NE doivent PAS (et à aucun moment) être en contact avec la masse.
• Ce composant ne fonctionne pas avec une tension inférieure à 11 volts (faire attention aux problèmes de chute de tension des batteries avec la charge que représente les moteurs).
• La datasheet du composant est disponible à l'adresse suivante : http://www.national.com/ds/LM/LMD18200.pdf
• De nombreux autres robots étaient équipés de ce composant pour leur propulsion, preuve de la qualité de ce circuit.

L'ancr tient à remercier l'auteur de cette fiche technique, Matthieu Michon du Club de Robotique de l'ESEO, pour sa contribution.

• ANCR : Un autre pont en H
• Fribotte : la fiche technique sur les pont en H
• LMD18200 (datasheet) [440 Ko] Pont en H intégré