Carte-mère triphasée
Plusieurs versions du PCB peuvent exister.
Bien qu’elles fonctionnent toutes de la même manière, chaque nouvelle version offre plus de flexibilité que la précédente ainsi que quelques améliorations mineures, essentiellement des aspects pratiques (facilité d’accès des entrées/sorties de l’Arduino, …).
Indication
Après chaque étape, il conviendra de vérifier les soudures effectuées (l’utilisation d’une loupe facilitera la vérification).
Ensuite, on pourra couper à ras toutes les pattes qui dépassent avec une petite pince coupante afin de faire place nette pour l’étape suivante.
Soudure des composants
Résistances
Ces composants n’ont pas de sens et sont très peu sensibles à l’électricité statique.
Les valeurs des résistances sont indiquées sur le schéma de circuit et sont répétées ici pour plus de commodité : (veuillez lire les notes ci-dessous qui concernent ces valeurs de composants)
R1 = 47 kΩ. Cela fournit le pull-up pour la ligne de réinitialisation du processeur.
R2-R4 = 100 Ω ou 180 Ω. Elles réduisent la taille du signal AC de chaque transformateur.
R5-R7 = 1 kΩ. Elles réduisent la taille du signal AC de chaque transformateur.
R8-R10 = 120 Ω ou 150 Ω en général. Il s’agit des résistances de charge (ou burden) de chaque capteur de courant grille, qui utilisent CT1-CT3.
R11-R12 = 10 kΩ. Ensemble, elles fournissent une tension de référence pour les capteurs d’entrée.
R19-R21 = 1 kΩ. Elles sont chacune en série avec un CT pour protéger le processeur des signaux importants.
R22 = 1 MΩ. Cela fournit le pull-up pour la ligne de réinitialisation du processeur.
Note
Des valeurs inférieures pour R2-R4 et R5-R7 sont désormais utilisées pour augmenter la charge sur le transformateur.
Cela peut l’empêcher d’entrer en saturation, ce qui déformerait la forme d’onde de sortie.
R2-R4 = 100 Ω convient pour un fonctionnement en 3,3 V.
Pour une meilleure utilisation de la plage d’entrée de l”ADC, R2-R4 doit être augmenté à 180 Ω pour un fonctionnement en 5 V.
La valeur pour R8-R10 a été initialement spécifiée comme étant 150 Ω.
Lorsque le processeur fonctionne à 3,3 V, cela donne une plage de fonctionnement d’environ 4 kW. En réduisant ces valeurs à 120 Ω, la plage est augmentée à ~5 kW.
Pour un système 5 V, la valeur originale de 150 Ω donne une plage de fonctionnement d’environ 6 kW.
Ces valeurs de résistance de charge s’appliquent lorsque le processeur fonctionne à 3,3 V. S’il fonctionne à 5 V, ces plages sont augmentées d’environ 50 %.
Ces puissances s’entendent sur chaque phase.
Un peu de mathématiques
Voici les 3 formules qui vous permettront de calculer une inconnue à partir des 2 autres données connues.
Calcul de la résistance de burden en fonction de l’intensité efficace maximale :
correspond à l’intensité efficace.
Pour un appareil purement résistif (chauffe-eau, …), nous avons 
.
Exemple pour un chauffe-eau de 3000 W, nous aurons donc :
Diodes
Ensuite, les diodes peuvent être ajoutées.
Celles-ci offrent un certain degré de protection au processeur lorsque des courants élevés traversent les CTs.
Attention
Ces composants sont polarisés.
Ils doivent être placés selon le repérage sur la couche sérigraphiée.
Supports circuits intégrés
Ensuite, on installe généralement les supports pour les circuits intégrés.
Attention
Chaque support a une encoche à une extrémité. Celle-ci doit être alignée avec la marque correspondante sur la couche sérigraphiée, comme indiqué ici.
Avec le support convenablement soutenu par le bas (on peut aussi utiliser un morceau d’adhésif), les deux broches situées dans les coins opposés peuvent être soudées en place.
Si un réalignement du composant est nécessaire, il doit être effectué avant que les broches restantes ne soient fixées.
Condensateurs céramiques et oscillateur
Ces composants ne sont pas polarisés.
Les condensateurs céramiques sont en général orange, et ont la forme d’une goutte d’eau, par opposition aux condensateurs électrolytiques polarisés de forme cylindriques et bleus ou noirs.
Note
Parmi le jeu de condensateurs céramiques, deux d’entre eux sont plus petits que les autres.
Il s’agit des deux condensateurs associés à l’oscillateur, leur valeur est de 22 pF et sont référencés C10 et C11.
C4 et C6-C9 sont des condensateurs céramiques de 100 nF, généralement marqués 104.
Note
L’oscillateur ainsi que ses deux condensateurs associés peuvent être soudés légèrement au-dessus du PCB.
Ce n’est pas nécessaire pour le bon fonctionnement.
Pour ce faire, on pourra utiliser une allumette le temps d’effectuer la soudure.
Ponts redresseurs ou ponts de diodes
Le rôle de ce composant est de redresser le courant alternatif fourni par le transformateur.
C’est la première étape nécessaire pour obtenir une alimentation en courant continu.
Sur la figure ci-après, la courbe du haut correspond à la tension fournie par le transformateur.
La courbe du bas est la tension fournie par le redresseur.
Redressement double alternance monophasé
Sur la version triphasée de ce routeur, ils sont au nombre de trois, un par phase.
Note
Il aurait été possible de réaliser un redresseur double alternance triphasé. Ce type de redresseur ne nécessite que six diodes. Il y a cependant deux inconvénients :
un tel composant est relativement cher, plus de 3x de prix d’un redresseur standard.
la tension moyenne résultante est plus de 2 fois la tension moyenne de chaque entrée. Cela engendre un surcroît de « travail » du régulateur de tension qui chauffera bien plus.
Attention
Ces composants sont polarisés.
Il faudra bien veiller à faire correspondre le marquage sur le boîtier avec celui de la couche sérigraphiée.
La broche la plus longue correspond au +.
Comme pour l’oscillateur, il est courant de les souder légèrement au-dessus du PCB.
Astuce
On pourra « recycler » 2 des pattes coupées pour réaliser les Ponts de neutre.
Connecteurs SIL/Molex
Les connecteurs Molex sont polarisés, ils possèdent un détrompeur.
Physiquement, ce sont des composants passifs, mais étant donné qu’ils serviront à la connexion d’autres composants ou modules polarisés, il est important de les souder selon le marquage sur la couche sérigraphiée.
Les connecteurs SIL, ou pin header, peuvent être soudés dans n’importe quel sens.
Ils seront plus ou moins nombreux selon la configuration :
Inductance
Ce composant n’est pas polarisé. Il est référencé L1, à proximité de l”ATmega328-P.
Condensateurs électrolytiques
Les deux condensateurs électrolytiques, C1 et C2, sont polarisés et doivent donc être installés dans le bon sens. La broche -ve est indiquée par une bande proéminente, en général blanche, sur toute la longueur du composant.
L’autre broche est la +ve, qui doit aller dans le trou marqué + sur la couche sérigraphiée.
Attention
Bien qu’ils se ressemblent assez, il est important que ces deux condensateurs soient installés aux bons endroits.
Le plus grand condensateur (C1 = 100 μF) est le plus proche du bord du PCB.
Le plus petit (C2 = 10 μF) est le plus proche de VR1.
Si ces deux composants sont inversés, les symptômes qui en résultent peuvent être difficiles à diagnostiquer.
Ponts de neutre
Pour un raccordement triphasé avec neutre (en France et la plupart des pays européens), il est possible de ponter le neutre entre chacune des 3 sous-alimentations.
Les deux ponts sont référencés « N », entre les transformateurs.
De cette façon, il ne sera pas nécessaire d’introduire un fil de neutre dans chaque connecteur secteur, un seul suffira.
Avertissement
Pour un raccordement triphasé sans neutre, essentiellement le 3 * 230 V en Belgique, il ne faudra pas souder ces ponts.
Indication
Pour réaliser ces ponts, on pourra utiliser le reliquat des pattes coupées de l’inductance.
Connecteurs secteur et porte-fusible
Les connecteurs secteur (PWR1-PWR3) et les porte-fusible (FS1-FS3) peuvent maintenant être installés.
En raison des pistes du plan masse, les broches référencées PE sur chacun des connecteurs nécessitera plus de chaleur que les autres broches.
Ces borniers doivent être orientés correctement pour permettre un accès facile au câblage.
Il est très facile de se tromper de sens !
Les porte-fusible, accompagnés de leur fusible de 100 mA, sont simples à mettre en place.
Régulateur de tension
Le régulateur de tension (VR1) doit être installé de manière à ce que son ailette métallique soit éloignée du transformateur, comme indiqué sur la sérigraphie.
En fonction de l’application, le VR1 sera une version 3,3 V ou 5 V.
La soudure des broches du VR1 nécessitera probablement une température plus élevée.
Pour réduire la quantité de métal à chauffer, il est possible de couper préalablement ces broches à la longueur requise.
Transformateurs
Les derniers composants à installer sont les transformateurs. Ce sont des transformateurs doubles de 6 V, comme indiqué sur la couche sérigraphiée. Ces transformateurs de 6 V peuvent alimenter un régulateur de tension de 3,3 V ou de 5 V.
Important
Lors du montage de ces composants, il ne doit y avoir aucun espace entre la base du transformateur et la carte de circuit imprimé PCB.
Tests électriques
Une fois les transformateurs en place, la carte est maintenant prête pour les tests électriques.
C’est le bon moment pour vérifier que tous les joints soudés sont en bon état et que toutes les éclaboussures de soudure ont été éliminées.
Test de chaque sous-alimentation
Avant d’installer les circuits intégrés, le fonctionnement de l’alimentation doit être vérifié.
Danger
Alerte de sécurité Pour poursuivre cette séquence de construction, un accès à la tension secteur 230 V est requis.
Veuillez ne pas passer à cette étape suivante à moins que vous soyez compétent pour le faire.
Nous effectuerons les tests suivants en alimentant le routeur via chacun des connecteurs secteur, l’un après l’autre.
Ainsi, si une tension est incorrecte, il sera plus facile d’identifier la partie du circuit qui est défectueuse.
Si tout a été correctement assemblé, la sortie de l’alimentation devrait être d’environ 3,3 V… ou 5 V si un régulateur de tension 5 V a été installé.
Cette tension peut être facilement vérifiée au niveau du point de test Test VCC, ainsi que Test GND, comme indiqué ici.
Indication
N’oubliez pas de mettre votre multimètre sur la position courant continu, DC, symbole ⎓ !
À l’exception du transformateur, qui peut sembler légèrement chaud après plusieurs minutes, aucun des composants de la carte ne doit présenter d’augmentation notable de la température.
Insertion du LM358 et test de Vref
Avec la tension correcte en place, les circuits intégrés peuvent maintenant être installés, après avoir coupé l’alimentation.
Le premier d’entre eux est LM358.
Il s’agit d’un amplificateur opérationnel qui fournit une tension de référence intermédiaire pour les capteurs de tension et de courant.
Avec les packs Dual-in-Line, les broches devront peut-être être légèrement pliées vers l’intérieur pour s’insérer dans l’embase. Cela peut être fait en faisant rouler doucement la puce de chaque côté, tour à tour.
Pour minimiser les risques de dommages électriques, cette opération doit être effectuée sur une surface protectrice telle qu’un sac antistatique.
Avec les broches bien alignées, le circuit intégré peut être délicatement placé sur son connecteur, comme indiqué ici.
Avertissement
Les circuits intégrés doivent être installés dans le bon sens. Le point sur la puce doit être aligné avec l’encoche de l’image sérigraphiée.
Une fois que tout a été soigneusement vérifié, la puce peut être enfoncée fermement.
Avec LM358 en place et la carte alimentée à nouveau, la référence de tension peut être mesurée.
Vref doit être environ la moitié de la tension d’alimentation. Ici, nous testons une carte 3,3 V.
Cette tension est accessible via le point de test Test Vref juste en dessous du LM358.
Insertion du processeur principal
Le processeur principal, ATmega328-P, est installé de la même manière que pour LM358, toujours après avoir coupé l’alimentation. Avec autant de broches, il est très facile pour l’une d’entre elles de se plier en dessous.
Prudence
Si ce circuit intégré est dans le mauvais sens lors de la mise sous tension, il ne fonctionnera probablement plus jamais !