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REMPLACEMENT d'un MAX 471







           
          





Le MAX 471
Le MAX 471 est un composant qui permet de réaliser une image en tension du courant.
C'est à dire que le MAX 471 peut être vu comme un ampèremètre qui en fonction de l'intensité dans un circuit va convertir la valeur de cette intensité en tension disponible en sortie.

La valeur de la tension est un miroir du courant.

C'est à dire que si dans un circuit circule un courant de :
 • 1A on dispose en sortie d'une tension de 1V,
 • 2A on dispose en sortie d'une tension de 2V,
 • ....

La raison pour laquelle on l'utilise, est qu'un microcontrôleur peut mesurer une tension grâce à un convertisseur analogique numérique, mais ne peut pas mesurer une intensité.
max 471
MAX 471

PROBLÈME LIÉ au MAX 471
Lors de l'achat d'un MAX 471 on s'aperçoit de plus en plus fréquemment que ces composants sont défectueux.

Le principe de fonctionnement repose sur la mesure de la chute de tension aux bornes d'une résistance de 0.035 Ω qui est située entre les bornes Rs + et Rs -.

Le problème vient du fait que cette résistance est beaucoup plus importante que celle prévue. Elle peut dépasser 400 Ω.

De ce fait la mesure correcte du courant ne peut pas être réalisée.

Pour effectuer la mesure du courant nécessaire pour faire circuler une locomotive on peut le réaliser facilement avec des platines ASC712 en ajustant un paramètre dans le logiciel DCCpp.

Le problème se pose lorsque l'on veut réaliser la lecture des variables de configuration (Cv) des décodeurs car ce type de composant possède un Offset non nul.

L'Offset d'un ASC712 est de 2,5 volts. C'est à dire que lorsque l'intensité mesuré est de 0A la tension en sortie est de 2,5 volts. Cet Offset pose un problème pour la lecture des Cv des décodeurs de locomotive.
REMPLACEMENT du MAX 471
Des composants similaires au MAX 471 existent, comme les INA138/168 ou INA139/169.

Le problème à mes yeux, est que ces composants ne sont disponibles qu'en CMS (Composant à Montage de Surface) en boîtier par exemple Sot-23.

Ces composants sont d'une taille très petite rendant leur mise en œuvre délicate.

La recherche d'une solution plus pratique est nécessaire.

Ce montage est articulé autour d'un LM358, qui est un double Amplificateur OPérationnel.
double aop
              
boitier lm358
                                                                                         
LM 358 Double AOP
                                                                    
Boîtier LM358

Le MONTAGE de REMPLACEMENT
Le montage de remplacement est articulé autour d'un Amplificateur OPérationnel (AOP).

L'AOP est utilisé en montage amplificateur non-inverseur.
L'amplification est fonction des valeurs des composants (R2 et R3).
principe de mesure du courant
Montage de principe
FONCTIONNEMENT du MONTAGE
L'alimentation principale alimente la charge et la résistance R1 en série.

Dans un montage en série la tension se divise aux bornes de chacun des composants.

Ainsi une fraction de la tension est présente sur la borne + de l'amplificateur opérationnel.

La valeur de la tension présente sur la borne + dépend de la valeur de la résistance R1 et de l'intensité qui circule dans la charge et la résistance R1, puisque dans un montage série l'intensité est la même en tout point du circuit.

La valeur de la résistance R1 doit avoir une valeur suffisamment faible pour ne pas perturber le fonctionnement de la charge.
tension sur la borne plus de aop
Fraction de tension présente sur la borne + de l'AOP

solution de remplacement
Solution de remplacement

En prenant comme valeur pour la résistance R1 = 0.1Ω.

Lorsque l'intensité est de 1A, la tension présente aux bornes de la résistance R1 est égale à : U = RI. U = 0.1*1 = 0.1V.

La chute de tension reste minime comparée au 18v d'alimentation.
Calcul de la puissance dissipée dans la résistance
Dans un circuit électrique la résistance s'oppose au passage du courant en proportion de l'intensité qui la traverse.

La fraction de tension qui est perdue lors du passage du courant dans la résistance est dissipée en chaleur suivant la relation : P = U²/R.
Application numérique pour R1
Dans des montages comme les CENTRALES DCC on utilise des L298 comme booster.

Les L298 acceptent une intensité en continu de 4A lorsqu'ils sont couplés en parallèle.
Pour 4A
Si l'intensité qui circule dans la charge est égale à 4A, la chute de tension aux bornes de la résistance R1 de 0.4V : (U = RI = 0.1 * 4 = 0.4V).

La puissance dissipée par la résistance est égale à :  P = U²/R.

P = (0.4 * 0.4) / 0.1 = 0.16/0.1 = 1.6 Watt.

La résistance R1 doit pouvoir dissiper une puissance de 1.6W. On choisira une puissance minimale de 2W.

Avec une résistance de 2W, l'intensité maximale admissible est égale à :
 • P = RI².
 • I² = P/R
 • I = √(P/R). 

 • I = √(2/0.1) = √20 = 4.47A.

L'intensité maximale supportée par la résistance est de 4.47A.
Pour 3A
Si l'intensité qui circule dans la charge est égale à 3A, la chute de tension aux bornes de la résistance R1 de 0.3V : (U = RI = 0.1 * 3 = 0.3V).

La puissance dissipée par la résistance est égale à :  P = U²/R.

P = (0.3 * 0.3) / 0.1 = 0.09/0.1 = 0.9 Watt.

La résistance R1 doit pouvoir dissiper une puissance de 0.9W. On peut choisir une puissance minimale de 1W.

Avec une résistance de 1W, l'intensité maximale admissible est égale à :
 • P = RI².
 • I² = P/R
 • I = √(P/R). 

 • I = √(1/0.1) = √10 = 3.16A.

L'intensité maximale supportée par la résistance est de 3.16A.

Nota : Pour conserver une bonne marge de sécurité, une puissance de 2W pour la résistance R1 est préférable.
Amplification de l'AOP
Pour obtenir une image de l'intensité dans la charge en tension exploitable par l'arduino et remplacer le MAX 471, il faut amplifier cette tension dans un rapport de 10.

Dans ce montage le gain est égal à (R3/R2) + 1.

Avec une amplification de 10 la valeur de la tension en sortie du montage sera : 0.1V * 10 = 1V. Lorsque la tension sur l'entrée + de l'AOP varie la tension de sortie varie de la même manière dans un facteur d'amplification de 10. 


Calcul des composants :
Pour éviter de saturer la sortie, on place une résistance R3 relativement grande en parallèle sur un condensateur pour filtrer les mauvais contacts.

En choisissant des composants de valeurs courantes on prend :
 • AOP = LM 358, 
 • R1 = 0.1Ω 2W minimum,
 • R2 = 1 kΩ,
 • R3 = 10kΩ,
 • C = 1µF.
Dans ce cas le gain est égal à (R3/R2) + 1 = (10/1) + 1 = 11. Dans ce cas la valeur à entrer dans DCCpp à l'onglet CurrentMonitor.h et à la ligne16 est 901 pour 4A.

On peut également choisir une valeur de résistance moins courante de R3 =  9.1kΩ.
Dans ce cas le gain est égal à (R3/R2) + 1 = (9.1/1) + 1 = 10.1. Dans ce cas la valeur à entrer dans DCCpp à l'onglet CurrentMonitor.h et à la ligne16 est 827 pour 4A.
L'AOP LM 358
Le LM 358 contient deux amplificateurs opérationnels dans le même boîtier.
double aop
LM 358, double AOP
Utilisation du LM 358 dans les centrales DCC
Dans les centrales DCC on peut ainsi utiliser un seul LM 358 pour la voie principale et la voie de programmation.
utilisation lm358 pour centrale dcc
Utilisation du LM 358 dans les centrales DCC

Les composants sont : 
 • AOP = LM 358, 
 • R1/R4 = 0.1Ω 2W minimum,
 • R2/R5 = 1 kΩ,
 • R3/R6 = 10kΩ ou 9.1kΩ
 • C1/C2 = 1µF.
MODIFICATIONS du MATÉRIEL pour les CENTRALES DCC
Substitution du MAX 471 pour la CENTRALE V2 : Version 2.1.5
Substitution du montage à base de LM 358 au MAX 471.

Liste des composants :
 • AOP = LM 358, 
 • R10 = 0.1Ω 2W minimum,
 • R11 = 1 kΩ,
 • R12 = 10kΩ,
 • C = 1µF.

Dans ce cas la valeur à entrer dans le logiciel est :
 • 675 pour 3A
 • 901 pour 4A.
Liste des composants :
 • AOP = LM 358, 
 • R10 = 0.1Ω 2W minimum,
 • R11 = 1 kΩ,
 • R12 = 9.1kΩ,
 • C = 1µF.

Dans ce cas la valeur à entrer dans le logiciel est :
 • 615 pour 3A,
 • 827 pour 4A.
Schéma de la Centrale DCC V2.1.5

schema centrale v2.1.4 avec lm358
Schéma Centrale DCC V2.1.5

Substitution du MAX 471 pour la CENTRALE V3
Substitution du montage à base de LM 358 au MAX 471.

Liste des composants :
 • AOP = LM 358, 
 • R1/R4 = 0.1Ω 2W minimum,
 • R2/R5 = 1 kΩ,
 • R3/R6 = 10kΩ,
 • R7 = 220Ω,
 • C1/C2 = 1µF.

Dans ce cas la valeur à entrer dans DCCpp à l'onglet CurrentMonitor.h et à la ligne16 est :
 • 675 pour 3A,
 • 901 pour 4A.
Liste des composants :
 • AOP = LM 358, 
 • R1/R4 = 0.1Ω 2W minimum,
 • R2/R5 = 1 kΩ,
 • R3/R6 = 9.1kΩ,
 • R7 = 220Ω,
 • C1/C2 = 1µF.

Dans ce cas la valeur à entrer dans DCCpp à l'onglet CurrentMonitor.h et à la ligne16 est :
 • 615 pour 3A,
 • 827 pour 4A.
Schéma pour la Centrale DCC V3

schema centrale v3 avec lm358
Schéma Centrale DCC V3

Substitution du MAX 471 pour la CENTRALE PROGRAMMATION
Substitution du montage à base de LM 358 au MAX 471.

Liste des composants :
 • AOP = LM 358, 
 • R1/R4 = 0.1Ω 2W minimum,
 • R2/R5 = 1 kΩ,
 • R3/R6 = 10kΩ,
 • R7 = 220Ω,
 • C1/C2 = 1µF.

Dans ce cas la valeur à entrer dans DCCpp à l'onglet CurrentMonitor.h et à la ligne16 est :
 • 675 pour 3A,
 • 901 pour 4A.
Liste des composants :
 • AOP = LM 358, 
 • R1/R4 = 0.1Ω 2W minimum,
 • R2/R5 = 1 kΩ,
 • R3/R6 = 9.1kΩ,
 • R7 = 220Ω,
 • C1/C2 = 1µF.

Dans ce cas la valeur à entrer dans DCCpp à l'onglet CurrentMonitor.h et à la ligne16 est :
 • 615 pour 3A,
 • 827 pour 4A.
schema centrale programmation avec lm358
Schéma Centrale DCC Programmation

MISE en ŒUVRE de la SOLUTION de REMPLACEMENT du MAX 471
Montage d'essai
Pour tester cette solution de remplacement j'ai réalisé un montage de test, qui consiste en une demi-centrale DCC avec l'utilisation de la solution de remplacement à base d'un ampli opérationnel.
centrale DCC pour essai solution à ampli opérationnel
Centrale DCC pour essai de la solution à ampli opérationnel

solution de remplacement
Solution de remplacement

VIDÉOS
Afin de montrer les détails de la SOLUTION de REMPLACEMENT du MAX 471 et son fonctionnement j'ai réalisé quelques vidéos qui j'espère vous seront utiles.

Les vidéos concernent :
1. Présentation de la solution et utilisation avec l'interface IDE et des commandes DCCpp, 
2. Présentation de la solution et utilisation avec l'interface de la CENTRALE DCC V3.



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