CONTRÔLEUR D’ÉTAPES - CCE-4

Le contrôleur d’étapes CCE-4 de Cristal Contrôles est conçu pour activer plusieurs éléments de chauffage de la manière le plus linéaire possible en fonction de son signal d’entrée.

Par exemple, le contrôleur CCE-4 à 4 étapes fixes et 1 sortie modulante et chacune contrôle 20% de la charge totale.

La première sortie est l’étape modulante, modulée de façon proportionnelle au signal d’entrée.  La modulation est à largeur de temps variable (pulsé) ou analogique (0-10Vdc).  Cette sortie permet d’adoucir les transitions entre les autres étapes fixes et nécessite un contrôle de puissance à semi-conducteur qui peut permettre des milliers de changements d’états par jour et rapide.

Lorsque la sortie modulée atteint son niveau maximal, le contrôleur d’étapes active une sortie fixe et abaisse la sortie modulée à son niveau minimal.  Le processus est répété jusqu’à ce que tous les stages fixes soient activés et que la sortie modulante atteint son niveau maximal.  La sortie modulée répète sa modulation sur 20% du signal d’entrée en fonction du nombre de stages fixe utilisés.

L’image ci-haut représente un contrôleur d’étapes idéal.  Les triangles rouges représentent l’apport de l’étape modulante et les carrés bleus représentent l’apport des étapes fixes.  On peut donc voir que près de 0V, seul le stage modulant contrôle le chauffage tandis que près de 10V, les 4 stages fixes s’ajoutent à l’apport du stage modulant pour atteindre 100% de la capacité de chauffage.

Les flèches vertes indiquent les endroits où le signal de contrôle effectue la transition entre le stage modulant et les stages fixes.  Un problème se pose avec cette représentation, si le signal de contrôle oscille légèrement de chaque côté de la flèche verte.

Par exemple :
Signal = 1.99V > Étape modulante = 99% > Étape fixe = OFF
Signal = 2.01V > Étape modulante =   1% > Étape fixe = ON

On peut voir qu’un léger changement de signal, dans un sens ou dans l’autre change l’état de l’étape modulante de manière importante pour compenser l’utilisation de l’étape fixe.  L’étape fixe se retrouve donc à être modulée si le signal vacille autour du point de transition ce qui donne un comportement inapproprié pour un contrôle de puissance de type contacteur.

La solution à ce type de problème est de « retarder » les transitions avec un algorithme de type hystérésis.  On s’assure donc que le signal d’entrée continue de monter avant d’enclencher un stage fixe supplémentaire.  De la même manière, on s’assure aussi que le signal d’entrée continue de descendre avant de désactiver un stage fixe.

L’exemple de gauche représente le contrôleur d’étapes lorsque le signal augmente.  On remarque que l’étape modulante plafonne légèrement à 100% avant d’activer une étape fixe.  Une fois l’étape fixe activée, l’étape modulante démarre à un taux de modulation plus grand que 0% pour garder l’ensemble des sorties le plus linéaire possible par rapport au signal d’entrée.

L’exemple de droite représente le contrôleur d’étapes lorsque le signal diminue.  On remarque que l’étape fixe est maintenue à ON pour une certaine variation du signal d’entrée même si l’étape modulante a atteint 0%.  Une fois l’étape fixe désactivée, l’étape modulante démarre à un taux de modulation près de 100% pour aussi garder l’ensemble des sorties le plus linéaire possible par rapport au signal d’entrée.

Si finalement, on superpose les graphiques pour le signal qui augmente et celui du signal qui diminue, on voit que le nombre d’étapes à la sortie est en moyenne semblable au graphique du contrôleur d’étapes idéal.  Par contre, il y a certaines portions du signal dont il n’est pas possible de prédire l’état de la sortie sans connaitre l’état du signal légèrement avant.  Cet effet mémoire empêche d’avoir un nombre de charges à la sortie parfaitement égal au signal d’entrée en tout temps, même si c’est le cas en moyenne.