Les diodes Schottky
pour variateur électronique
destinés aux moteurs électriques
à charbons.

Edité le 02/01/2005.
Réactualisé le 09/01/2005.
Textes et photos de Georges.

Les phénomènes expliqués sont assez complexes et l'auteur de cet article n'a pas forcément toutes les compétences requises pour tous les décrypter. En cas de commentaire(s) ou de critique(s) (constructives) pour faire évoluer cet article, une adresse: overrc(at)hotmail.com.

La diode parfaite serait une diode qui devient passante dès que la tension directe est supérieure à 0 volt, qui n'aurait aucune chute de tension lorsqu'elle est passante et qui pourrait faire un courant important. Mais les diodes réelles ne deviennent pas passantes dès que la tension directe est supérieure à 0 Volt, et on enregistre une chute de tension à leurs bornes. C'est ce qu'on appelle la résistance dynamique.
Sur une diode normale, la tension de seuil est d'environ 0.7 volt, ce qui signifie qu'une diode passante a une chute de tension à ses bornes d'environ 0.7 volt. Lorsque la diode n'est pas passante, il persiste un courant résiduel. Ce courant est toutefois très faible donc négligeable dans la plupart des applications courantes. On exploite cette propriété sur certains modèles de plaques de décharge lente pour les accus par exemple. Dans cette dernière application, chaque élément de l'accu est connecté à une résistance avec une diode en série, pour l'empêcher de descendre en-dessous d'un certain seuil (en général, 0.7V)

Les diodes Schottky sont des diodes non pas composées d'une jonction P-N, mais d'une jonction métal-N (ou métal-P). L'intérêt de la diode Schottky réside dans le fait que la chute de tension en directe est bien plus faible (0.25-0.4 volts environ) et qu'elle est une diode rapide.

Principe de fonctionnement d'un variateur électronique

Les variateurs électroniques ne font pas à proprement parler varier directement la tension aux bornes du moteur, mais découpe (hache) cette tension à une fréquence qui peut être fixe ou variable suivant les modèles. En fonction de ce hachage, la tension moyenne apparaîtra donc plus ou moins élevée aux bornes du moteur. Mais si l'on regarde le signal avec un appareil adéquate, on s'aperçoit qu'il y a des moments où le moteur n'est plus alimenté.
Or, le moteur est une bobine qui engendre une inductance, qui, lors de ces temps morts se comporte comme un générateur de courant (une sorte d'alternateur) qui renverra du courant vers le variateur.

Une ou plusieurs diodes Shottky sont donc placées dans le chemin aux bornes du moteur.
Dans un premier temps, elles feront office de diodes de roue-librage pour l'induction du moteur, protégeant ainsi les transistors de frein. En effet, elles conduiront le courant généré par l'induction du moteur avant les diodes contenues par construction dans les transistors du variateur, car la tension de seuil de ces dernières est plus élevée. En mode frein, s'il n'y avait pas de diode Schottky aux bornes du moteur, ce serait la diode intégré par construction au transistor de frein qui jouerait son rôle, et comme elle est de capacité insuffisante pour cette application, le transistor chaufferait beaucoup.

La seconde fonction de la diode Schottky est une fonction d'élimination de certains types de perturbations radio. Pour paraphraser ce qui a déjà été écrit plus haut, le variateur électronique est un système dit ''hacheur'' qui se comporte comme un interrupteur ouvert à l'arrêt, ouvert et fermé dans la phase de proportionnalité et fermé en permanence (du moins théoriquement) quand le manche des gaz est à fond. C'est principalement pendant la phase de découpage que les perturbations surviennent, car les changements d'état de l'interrupteur provoquent des variations importantes du courant dans le circuit de puissance. Or, lorsque le circuit est fermé, il forme une boucle avec une surface, qui génèrent des ondes électromagnétiques. Celles-ci risquent donc de perturber la réception.
Pour limiter cette perturbation, on peut limiter le courant (pas très pratique quand on cherche à rouler vite) ou réduire la surface générée par la boucle. C'est pour cela que:

Premièrement, on conseille de réduire au maximum la longueur des fils de puissance (en plus, on minimise les pertes!) et de les torsader si possible.

Deuxièmement, on conseille également de monter la/les diode(s) Schottky au plus près du moteur, pour réduire la longueur de cette boucle. En compétition, certains en montent même carrément à l'intérieur de la tête du moteur quand cela est possible.

Sa troisième fonction est de participer au bon rendement du variateur. En effet, dans un premier temps, en installant une diode Schottky, on réduit l'échauffement du ou des transistors de frein, donc indirectement de l'ensemble du variateur. Donc indirectement, les transistors de puissance chaufferont moins et procureront un meilleur rendement. Un transistor se comporte quasiment parfaitement à 20°C, à 40°C, c'est une autre histoire. De plus, dans un second temps, cela augmente le rendement du variateur en phase de modulation, car l'énergie "stockée" dans la self du moteur est en très grande partie réutilisée par le moteur lui-même.

Les références utilisées:

D'après la littérature, les diodes Schottky utilisées en modélisme sont:

• Dans les modèles à 3A: MBR340, 1N5820, SB330.
• Dans les modèles à 5A: MS503, SB540, ce dernier étant le plus répandu.
• Dans les modèles à 8-9A: 80SQ045, 90SQ045, 80SQ040.

Les modèles de 3A ne sont plus utilisées depuis environ trois ans eu égard à la progression de la puissance des moteurs.
Le choix de la qualité des diodes est important, les caractéristiques principales à regarder étant la tension de seuil (qui doit être basse) et le courant admissible. Le 80SQ040 est le plus apprécié en compétition. Seul les SB540 et 80SQ040 ont été expérimentées par l'auteur.

Si les kits condensateurs et/ou diodes Schottky des fabricants de variateurs sont parfois assez coûteux, voir carrément prohibitifs, la plupart des magasins de modélisme spécialisés en électrique qui se prétendent sérieux revendent diodes Schottky et condensateurs "sans logo" à des prix tout-à-fait raisonnables. Donc, en cas de doute sur les références à prendre, mieux vaut s'adresser à un spécialiste.

Combien doit-on monter de diodes Schottky? Comment apprécier la puissance et la quantité suffisante?

Donc empiriquement, plus il a de diodes, mieux c'est, car on se réserve une plage de sécurité.
Mais il y a un second intérêt à multiplier leur nombre. En effet, plus une diode chauffe, plus elle est lente. Et plus elle est lente, moins elle est efficace. Donc, si on en a plusieurs en parallèle, elles se répartiront les commutations en fonction de la température, mais également le courant s'il y a beaucoup d'énergie en jeu.

Il est communément admis que deux diodes 80SQ40 montées en parallèle est un bon début pour des moteurs type 17 tours. Trois diodes de ce type est un minimum avec un moteur 12 tours.

Attention, il ne faut jamais mélanger deux types différents de diodes en parallèle sur moteur (cas excepté de celle mise directement sur le variateur, voir plus loin dans le texte).

Il convient de changer ces diodes périodiquement, car elles souffrent beaucoup et vieillissent, pour finir par ne plus remplir correctement leur office. La périodicité de renouvellement est par contre délicate à apprécier. En compétition, certains spécialistes pensent qu'il faudrait les changer chaque fois que l'on change de rotor, la durée de vie des diodes étant à peu près celle d'un rotor.

Si la diode a été montée à l'envers ne serait-ce qu'une seule fois, il conviendra de la changer, même si elle semble être intacte.

Comment monter les diodes Schottky?

La diode Schottky est un composant polarisé. Montée à l'envers, au mieux, elle empêche le variateur de fonctionner, et au pire, elle explose (avec un bruit et un jolie panache de fumée nauséabonde certaines fois)! Elle possède une bague gravée (ou peinte) sur un de ses côtés et qui doit être montée sur le pôle positif du moteur.

Il peut être extrêmement judicieux de la doubler, de la tripler... Le montage doit se faire en parallèle, proprement et au plus court.

Il peut être aussi pertinent d'un monter une directement sur le variateur par sécurité. Ainsi, si celles montées sur le moteur ne le sont pas correctement, le variateur reste protégé.

On ne doit pas monter de diode sur un variateur avec marche arrière!!!

Certains variateurs très spécifiques (comme certains modèles de marque Keyence) peuvent ne pas être montés avec une diode Schottky si un mode particulier, nommé AGCS (Advanced Gate Control System, un système breveté par Keyence), est activé. Par contre, si ce mode est désactivé, elle(s) doive(nt) être remise(s). Keyence conseille de désactiver ce mode si on est victime de tops radio.

Les fausses idées qui circulent...

Principalement sur les forum circulent un certain nombre de rumeurs fausses, dont certaines peuvent se révéler dangereuses pour le matériel:

• « J'ai essayé avec et sans, et je n'ai pas vu de différence, donc je n'en mets pas! ». Ce n'est pas vraiment ce qu'on appelle une argumentation scientifique... Ce n'est pas parce que l'on ne voit pas quelque chose que cela n'existe pas, demandez donc à Louis Pasteur, Wilhelm Conrad Röntgen ou à Pierre et Marie Curie... Si l'effet sur la piste est parfois difficilement perceptible, il est loin d'être inexistant. Et plus le variateur est bas-de-gamme dans sa construction, plus l'effet est sensible.
• « Rien ne sert de mettre des diodes Schottky sur un moteur de type V2, j'ai entendu dire qu'il y en avait déjà une intégrée. »: Du grand n'importe quoi, pourtant très souvent entendu. Une première explication vient de la genèse de ce type de moteur. Les premiers prototypes avaient une diode Schottky intégrée directement dans la tête. Il s'agissait d'une excellente idée, mais difficilement commercialisable pour des raisons largement compréhensibles. Imaginez la tête du débutant qui voit sa tête de moteur fumer quand il se sera trompé de polarité sur le moteur...
  Une autre explication est que beaucoup de personnes confondent la LED intégrée dans la tête avec une diode (Schottky).
  

• « Ca ne sert qu'en compétition! ». Parce la fiabilité à moindre coût, ça n'intéresse que les compétiteurs?
• « Les diodes Schottky font gagner jusqu'à 20% de rendement »: d'accord, c'est utile, mais il ne faut pas forcément croire tout ce que les publicités racontent aussi...
• « J'ai mis une diode Schottky, je n'ai donc pas besoin de monter des condensateurs d'antiparasitage »: les anti-parasites et les diodes sont deux choses complémentaires qui ne jouent pas le même rôle.

Les bonnes idées:

• Monter des diodes Schottky avec des variateurs bas-de-gamme (sans marche arrière!!!). Leur construction est souvent légère et rarement optimum, et une ou des diodes Schottky permettront de gagner sur tous les plans, et plus particulièrement en fiabilité et longévité, points importants en loisir.
• Monter plusieurs diodes Schottky en parallèle, le mieux n'étant dans ce cas n'étant pas l'ennemi du bien.
• Monter une diode Schottky directement sur le variateur par sécurité (idéalement en boîtier TO220), particulièrement en loisir. Ainsi, si celles montées sur le moteur ne le sont pas correctement (voir oubliées!!!) ou posent problème, le variateur reste protégé.
• Associer les diodes Schottky à des condensateurs à faible ESR connectés au variateur côté batterie. Mais ceci est une autre histoire.

En savoir plus:

• Consensateurs et diodes Schottky des variateurs électroniques (ancienne version de l'article).
• R/C Tech.
• Petit R/C.