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Guide des composants | Les PDB à la loupe 2

Bonjour à vous pirates des airs !

Aujourd’hui nous allons faire suite à l’article concernant les batteries LiPo. Remontons un à un les éléments composants la partie “courant fort” (que l’on peut appeler aussi partie “puissance”) de nos chers racers en abordant l’univers des PDB.

A titre indicatif, la partie courant fort, implique les composants de puissance dans lesquels passent une forte intensité électrique. Dans nos quad’, il s’agit de la PDB, des ESC et des moteurs (tout ce qui reçoit directement son alimentation depuis la LiPo). On peut considérer tout le reste comme appartenant à la famille des “courants faibles” (caméra FPV, VTX, FC, LED’s …). On appel courant faible tout ce qui est alimentation de faible tension (le 5 volts de votre contrôleur de vol par exemple) et les signaux (vidéo, commande des ESC …).

C’est quoi une PDB ?

Une PDB (pour Power Distribution Board) est comme son nom l’indique une plaque de distribution du courant. Elle est composée de différents pads sur lesquels on peut souder les fils des composants à raccorder électriquement. Ces pads sont reliés à l’intérieur du circuit imprimé de manière à distribuer l’électricité aux autres connections concernées. C’est ainsi que toutes les masses de la PDB sont connectées à celle de la LiPo par exemple. Ce n’est par contre pas toujours le cas du +, mais nous verrons la raison de ce phénomène un peu plus bas dans cet article.

La PDB permet donc de distribuer proprement l’alimentation provenant de la LiPo aux autres composants de la machine. L’utilisation d’une PDB facilite le montage et les réparations. Chaque périphérique étant soudé indépendamment sur le circuit, il est par la suite aisé d’en ajouter ou supprimer.

Cela vous parait encore abstrait ? Voici sous vos yeux ébahis un schéma de câblage d’une PDB qui vous permettra de voir à quoi cela ressemble et comment cela fonctionne :

Plan de câblage d'une PDB
Plan de câblage d’une PDB

Les caractéristiques techniques

Les principales caractéristiques techniques d’une plaque de distribution sont la plage de tensions supportées et le courant maximum admissible. Ces valeurs sont importantes car elles conditionnent les batteries que vous pourrez utiliser, mais aussi combien d’ampères votre configuration pourra consommer sans risque ! On retrouve logiquement les unités déjà vues dans l’article concernant les batteries LiPo’s, si elles ne vous sont pas familières, je vous invite à jeter un oeil à l’article via ce lien.

La tension

La plupart du temps, cette indication n’est pas donnée en volts mais en “S”. En S me direz-vous ? Oui, vous avez bien lus, il s’agit de la même unité que nous avions vus dans l’article sur les LiPo’s. Celle là même qui révèle le nombre d’éléments contenus dans un pack, et donc sa … Tension !

On trouvera alors des PDB portant des indications similaires à “2-4S” stipulant qu’elle peut supporter des tensions de 7,4 à 14,8 volts. Je précise que ces tensions sont les tensions nominales, une batterie 4S chargée présentera 16,8 volts à ses bornes et n’endommagera pas pour autant une PDB prévue pour fonctionner en 4S.

Le courant maximum

De la même façon que le circuit possède une tension maximum de fonctionnement, elle comprend également un courant maximum toléré. Il est exprimé, comme tout courant, en Ampères et devra être cohérent avec la configuration de votre machine. Si vos moteurs tirent 140 Ampères gaz à fond, et que votre PDB ne peut encaisser que 100 Ampères maximum, vous grillerez purement et simplement les circuit de la plaque de distribution. Ce genre de panne n’a qu’une seule conséquence et pas des moindres : votre quad’ n’aura plus aucune alimentation électrique ! Que ce passe t’il lorsqu’un racer n’a plus de jus ? Il tombe, comme une pierre ! Pour votre sécurité, celle des éventuels spectateurs, et celle de votre machine, il est donc primordial de choisir une PDB pouvant supporter un courant supérieur à ce que votre machine pourra consommer.

Pas de panique, la plupart des PDB du marché offre des seuils de courant confortables. Ce n’est la plupart du temps pas un critère bloquant pour l’achat de ce type de matériel, mais il est tout de même important de garder cette information à l’esprit afin d’avoir des composants aux caractéristiques cohérentes.

La taille et la forme

La PDB est un composant qui prend place sur nos machines au même endroit que le contrôleur de vol. Elle est systématiquement placée sous cette dernière afin de faciliter les connexions entre les deux plaques. De ce fait, une PDB partagera les mêmes caractéristiques physiques qu’une FC, c’est à dire une forme carrée, des trous de montage disposés aux quatre coins avec un espacement de 20 ou 30,5mm.

Le type de PDB abordé ci-dessus est le plus courant mais dans toute règle il y a des exceptions ! On retrouve un autre type de plaque qui à la particularité de prendre la forme d’une partie de votre machine. Il est alors possible de rencontrer des modèles spécifiques à votre châssis. On peut voir ci-dessous la PDB de l’Alien d’Impulse RC, permettant de laisser passer les fixations des bras.

La PDB de l'Alien d'ImpulseRC

La PDB de l’Alien d’ImpulseRC

Il existe également des PDB totalement intégrées à la plaque inférieure de votre quad’. C’est le cas par exemple pour le Racer 250 de chez Eachine :

PDB du Racer 250 de chez Eachine

PDB du Racer 250 de chez Eachine

Le principe reste cependant le même que sur n’importe quelle autre PDB : on y branche la LiPo et le courant et redistribué sur les différents pads et connecteurs.

Les fonctionnalités

Les régulateurs de tension

Sont rôle est d’abaisser la tension de la batterie à une valeur fixe. Il est courant de trouver des tensions de 5, 10 ou 12 volts sur certains pads de vos PDB. Ces tensions sont destinées à alimenter vos contrôleurs de vol, caméras FPV, émetteur vidéos ou autres barres de LED’s. Il est une bonne pratique d’alimenter son VTX par ce biais. La tension ne variant pas pendant le vol et bénéficiant du filtrage par le LC Filter, cela réduit le risque d’avoir une image de moins bonne qualité sur les appels de courant.

Le « LC Filter »

Ce sont des filtres qui ont pour rôle de lisser les tensions produites par les régulateurs et d’atténuer le bruit électrique qui peut être émit par les composants du racer. Cela est particulièrement utile pour les périphériques sensibles comme la caméra FPV ou le VTX qui ont besoin d’un maximum de stabilité afin d’offrir une image de qualité.

Qu’est ce que le bruit ?

Pour mieux comprendre celui, il est temps d’expliquer un peu mieux ce qu’est du bruit au sens électrique du terme.

Un signal électrique est représenté sur un graphique comme si dessous :

Signaux analogiques et numériques
Signaux analogiques et numériques

Ce signal est sans aucun défaut, il est parfaitement lisse et sera très bien interprété par le composant qui devra réceptionner les informations.

Mais tout n’est pas parfait dans le monde de l’électricité, et bon nombre d’éléments peuvent venir perturber un signal. Cela se caractérisera par ce que l’on appel du bruit. Le bruit est ce qu’on pourrait qualifier d’oscillation indésirée du signal. Il va causer des variations et rendre plus difficile son interprétation par le récepteur. On peut voir un exemple ci dessous :

Signal versus bruit
Signal versus bruit

Qui sont les coupables ?

Quels sont les générateurs de bruit sur nos machines ? Les premiers responsables sont les moteurs. En effet, ils sont composés d’une bobine de cuivre (le stator) leur permettant via le magnétisme qu’ils génèrent, de tourner. Sauf qu’en tournant, la cloche excite également la bobine qui produit à son tour une tension ! C’est d’ailleurs grâce à ce phénomène que vos ESC peuvent connaitre la vitesse de rotation de vos moteurs. Le courant produit par les moteurs remonte alors le circuit et pourra causer du bruit selon le matériel. Vous l’aurez compris, plus les moteurs ont un gros stator et tournent vite, plus vous risquez d’avoir du bruit.

Les systèmes électroniques numériques comme les contrôleurs de vol et certains ESC ne sont pas immunisés non plus contre ce problème. C’est d’autant plus pénalisant que leurs signaux ont une amplitude électrique très faible et les informations défilent à une vitesse folle ! Vous l’aurez compris, ce filtre est un accessoire devenu indispensable sur les PDB modernes.

En complément, on peut également utilisé un condensateur directement en parallèle de l’alimentation LiPo. Si vous désirez en savoir d’avantage sur comment fonctionne un LC Filter, je vous conseille l’excellent billet de Maelremrem à ce sujet.

A noter

Il y a une chose importante à mettre en lumière concernant le filtrage. Tous les composants récents, en particulier PDB, FC et ESC possèdent déjà un nombre impressionnant de condensateurs. Si vous vous tournez vers du matériel neuf ou récent, il y a de fortes chances pour que vous n’ayez aucun besoin de rajouter un gros condensateur disgracieux sur votre machine.

Le capteur de courant

Le capteur de courant permet de quantifier le courant qui traverse le circuit. Il est capable de donner cette information à la FC afin de la transmettre à l’OSD et l’afficher au pilote. Vous saurez ainsi en temps réel combien votre racer consomme, mais également le nombre de mAh consommés. Très pratique donc pour ne pas abîmer ses batteries !

Cet outil est très apprécié des pilotes, le matériel du fabricant Kiss ayant bien aidé à ancré cette utilisation dans le FPV. Un capteur de courant positionné sur la PDB offre néanmoins un avantage face à des capteurs placés sur chaque ESC comme l’a fait Kiss. Cet avantage est d’englober la consommation globale du racer au lieu de ne prendre en compte que la consommation des moteurs.

L’OSD (On Screen Display)

Je l’évoquais juste au dessus, et bien le voilà ! Il n’est pas rare de trouver des PDB embarquant directement un OSD. Son but est d’afficher en sur-impression sur la signal vidéo, les informations relatives à la machine. Ces données sont uniquement celles que la PDB connait, c’est à dire la tension de la batterie, les mAh consommés et la consommation instantanée (issues du capteur de courant).

Les « All In One » (AIO)

Plus le temps passe plus la technologie évolue, et avec elle la miniaturisation des composants. C’est ainsi que l’on voit apparaître des cartes de type « All In One » proposant à la fois la partie contrôleur de vol, mais également la partie PDB ! Il en résulte la plupart du temps des cartes aux dimensions plus généreuses qu’à l’accoutumée, mais offrant l’avantage de proposer toutes les fonctions et connections sur la même carte. Extrêmement pratique pour le montage, vous en conviendrez. L’autre avantage est que l’on a non plus 2 cartes, mais une seule à disposer dans sa machine, ce qui se révèle pratique (voir indispensable) sur un montage dans un châssis exigus ou low-profile.

Ces cartes ne sont cependant pas exemptes de défauts. En effet, on peut considérer que plus les composants sont nombreux sur une carte, plus ils seront fragiles (car pour pouvoir être tous intégrés, ils faut qu’ils soient plus petits). C’est d’autant plus contraignant que dans la mesure ou une carte cumule les fonctions, si l’une d’entre elle fait défaut … Il faudra changer l’ensemble, même si les autres fonctions sont encore opérationnelles.

Pour imager cela, voyez plutôt le modèle dont Matek nous gratifie avec sa F405 AIO qui fait office de PDB, de contrôleur de vol et d’OSD !

Matek F405 AIO

Pour conclure, j’espère que cet article vous aura été utile, et qu’il vous guidera dans votre pratique du FPV. A bientôt pour d’autres guides sur CultureFPV, Fly SAFE, et n’hésitez pas à laisser votre avis ou poser vos questions dans les commentaires.

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