Fonctionnement interne d’un décodeur

Schéma d’un décodeur du commerce

Il s’agit du modèle LD-G-5 de la marque allemande Tams Elektronik GmbH. J’ai choisi l’exemple de ce décodeur parce que son schéma électrique interne est publié par son fabricant, ce qui est rare, et que ce schéma est assez simple et illustre parfaitement le fonctionnement générique d’un décodeur DCC. Voici ce schéma.

Schéma électrique d’un décodeur

Tout ce qui est colorié en vert sur ce schéma a été ajouté par moi pour faciliter les explications sur le fonctionnement, sans toutefois rentrer dans les détails.

D’abord, les rectangles verts délimitent des sous-ensembles fonctionnels numé­rotés que je vais expliciter plus loin. Ensuite, j’ai dessiné le raccordement d’un moteur (le cercle avec un M souligné) et d’une LED sur une sortie auxiliaire.

Comme le schéma n’est pas forcément très lisible, voici quelques éclaircisse­ments. Les deux bornes les plus à gauche sont à raccorder aux rails (fils rouge et noir). La borne au dessus, à partir de laquelle j’ai dessiné un trait vert repéré Vcc, est le commun positif (fil bleu). Les deux bornes en haut à droite sont celles du moteur (fils orange et gris). Enfin, les trois en bas à droite sont celles des sorties auxiliaires (fils blanc, jaune et vert).

Décryptage du schéma

Transformons ce schéma un peu complexe en schéma fonctionnel, appelé aussi schéma bloc.

Schéma bloc du décodeur

Normalement, puisque tous les détails sont supprimés, cela devrait paraître beaucoup plus clair ! Voici les explication concernant chaque bloc.

En ① se trouve le redresseur. Comme chacun le sait, le courant DCC circulant dans la voie est alternatif, formé de créneaux rectangulaires. Or l’électronique doit être alimentée en courant continu, d’où la nécessité de ce redresseur. La nature continue du courant obtenu est encore améliorée par le condensateur C2 visible sur le schéma détaillé. La tension obtenue est appliquée à deux blocs différents : ② et ④.

Le bloc ② sert à fournir une tension adaptée au microcontrôleur ③. En effet, ce dernier réclame une tension de 5 V environ, alors que la tension DCC redressée peut aller de 14 V à plus de 20 V (ce qui n’est pas recommandé).

Le microcontrôleur ③ reçoit donc cette tension, mais aussi un signal venant directement de la voie : c’est le code DCC proprement dit qui donnera des ordres au microcontrôleur, tels que : accélérer, allumer les feux avant, etc. En réalité, toute la complexité du décodeur se trouve programmée ici.

Le bloc ④ est l’organe de puissance du décodeur : il reçoit la tension redressée et un signal de commande venant du microcontrôleur. Il pilote le moteur grâce à un « pont en H », terme qui découle de son aspect (voir le H dessiné sur le schéma de détail). Dans ce circuit, seuls deux transistors (jouant le rôle d’interrupteurs) peuvent conduire simultanément : celui en haut à gauche avec celui en bas à droite, ce qui donne le premier sens de rotation (premier schéma) ; celui en haut à droite avec celui en bas à gauche, ce qui donne le sens de rotation opposé (second schéma). Dans ces schémas, la circulation du courant est indiquée par les traits rouges. La vitesse de rotation dépend, elle, du temps de conduction de ces transistors par rapport à leur temps de non-conduction. C’est ce que l’on nomme rapport cyclique : un faible rapport cyclique donnera une petite vitesse, et un grand donnera une grande vitesse. À la limite, si les transistors conduisent tout le temps, le rapport cyclique vaut 1 et le moteur reçoit la pleine tension redressée.

Enfin, les blocs ⑤ (il y en a trois sur ce décodeur) servent à amplifier le courant des sorties logiques auxiliaires, avec ici des transistors NPN. On peut supposer que, sur des décodeurs plus récents, il est fait usage de transistors MOS.

Pont en H, rotation sens 1

Pont en H, rotation sens 2

En toute rigueur, le rapport cyclique est le rapport
entre le temps de conduction tC et la somme des
temps de conduction et de non-conduction :
Rcy = tC / (tC + tNC).
Il peut donc varier entre 0 (si tC = 0) et 1 (si tNC = 0).