Un encodeur incrémental rapporte le mouvement sous forme d'impulsions ; l'automate doit les compter et, après chaque cycle de mise sous tension, rétablir la position par une prise d'origine. Un encodeur absolu lève cette fragilité : il délivre un mot de position unique dès sa mise sous tension, sans mouvement de référence. Sur un tour, la piste monotour fournit ce mot ; sur de nombreux tours, un étage multitour doit mémoriser le nombre de rotations de l'arbre, même quand la machine et son rail 24 V sont hors tension. Cette seule exigence — conserver un compteur de tours pendant des mois ou des années en l'absence d'alimentation principale — explique pourquoi toute une classe d'encodeurs multitours embarque une source de secours interne et pourquoi leur architecture d'alimentation se scinde en deux domaines très différents. Ce premier article sur la sauvegarde nickel-hydrure métallique des encodeurs absolus explique le principe de fonctionnement et le profil de charge qui en résulte : le domaine actif, où un ASIC d'encodeur magnétique ou optique et une interface ligne SSI, BiSS-C ou EnDat consomment quelques dizaines de milliampères sous 5 V ou 10 à 30 V ; et le domaine de rétention, où un compteur basse consommation doit rester en vie sous microampères à partir d'une cellule de secours via un commutateur d'alimentation automatique et sans à-coup. Des appareils réels ancrent les chiffres — des puces d'encodeur magnétique couvrant 3,0 à 5,5 V avec commutation intégrée vers une batterie de secours et des drapeaux d'erreur pour batterie faible, survitesse et CRC ; des modules magnétiques compacts offrant une résolution monotour 12 bits et multitour 16 bits ; et des encodeurs industriels cotés à 12 000 tr/min et de moins 40 à 100 degrés C — avant que les articles suivants n'abordent le choix de la source et sa qualification.
La piste monotour résout l'angle sur un tour de l'arbre — 12 bits donnent 4 096 pas, les encodeurs optiques ou magnétiques haut de gamme étendent la résolution monotour jusqu'à 17 bits. L'étage multitour compte les tours, généralement 12 à 16 bits et, sur les encodeurs optiques premium, jusqu'à 29 bits combinés. Concaténées, les deux valeurs forment un seul mot de position absolu valide immédiatement après mise sous tension, si bien qu'un axe entraîné, un treuil de grue ou un plateau tournant sait exactement où il se trouve sans se déplacer jusqu'à un commutateur de référence.
Tant que l'encodeur est alimenté, compter les tours est trivial ; la difficulté est que l'arbre peut encore tourner — à la main, par gravité, lors d'une maintenance — pendant que le système de commande est hors tension. Ce qui conserve le compte multitour pendant cet intervalle définit l'architecture de mémoire de l'encodeur : un compteur électronique tamponné par batterie, un étage de récupération d'énergie qui génère sa propre impulsion de comptage à partir de la rotation, ou un train d'engrenages mécaniques physiques. Cet article se concentre sur la première, la conception tamponnée par batterie qui domine encore les catalogues servo et d'automatisation grand public.
En fonctionnement normal, l'encodeur tire son courant actif de l'automate : les modules magnétiques publiés spécifient une alimentation de 4,5 à 5,5 V avec un courant à vide de l'ordre de quelques dizaines de milliampères (un module BiSS-C compact annonce environ 70 mA à vide), tandis que les encodeurs à large entrée acceptent 10 à 30 V CC et consomment moins à la tension supérieure car la régulation interne est plus efficace. L'interface — horloge et données SSI, BiSS-C, EnDat ou un driver ligne RS-422 — n'ajoute de charge que lorsqu'elle est cadencée.
Quand l'alimentation externe disparaît, un commutateur interne transfère le compteur multitour et son frontal de détection basse consommation vers la source de secours, où le courant tombe au domaine du microampère, nécessaire seulement pour détecter une rotation lente et incrémenter des registres de comptage non volatils ou rétenus. La première figure animée superpose ces domaines fonctionnels ; la seconde oppose les régimes actif-milliampère et rétention-microampère sur des cycles de puissance répétés, illustrant pourquoi le dimensionnement de secours est dominé non pas par l'énergie en fonctionnement mais par l'autodécharge au repos et le courant de rétention sur des années.
Les puces d'encodeur magnétique modernes intègrent l'architecture d'alimentation au lieu de la laisser à des diodes discrètes. Un dispositif représentatif fonctionne de 3,0 à 5,5 V, intègre la commutation d'alimentation vers une batterie de secours, émet des données multitour et monotour synchronisées sur SSI avec bits d'erreur, de parité et de synchronisation, et lève une sortie d'erreur en cas de survitesse, de batterie faible ou d'échec CRC. L'intégration du chemin de puissance supprime la chute de tension et l'incertitude d'un OU à diodes externe et garantit qu'aucun tour n'est manqué pendant les millisecondes où le rail principal s'effondre et où le secours prend le relais.
Ce basculement a une dimension temps réel stricte : si un axe hors tension est tourné plus vite que le frontal de rétention ne peut compter sur son mince courant de secours, le compte devient ambigu — d'où le drapeau d'erreur de survitesse explicite. Les concepteurs doivent donc faire correspondre la tension et le courant disponible de la source de secours à la fenêtre de secours spécifiée par la puce (une famille autorise une sauvegarde de 3 à 5,5 V) et traiter l'avertissement de batterie faible comme un signal de maintenance planifiée plutôt qu'une alarme à ignorer jusqu'à la perte de position.
SSI reste la plus simple des interfaces horloge/données point à point robustes ; BiSS-C ajoute une communication numérique bidirectionnelle plus rapide ; EnDat et les variantes de bus de terrain propriétaires véhiculent la position plus les diagnostics, dont l'état de santé de la sauvegarde propre à l'encodeur. Résolution et vitesse montent ensemble — les modules compacts atteignent une horloge SSI de 2 MHz et 12 000 tr/min — mais le courant d'interface n'est actif que lorsque l'automate cadence l'encodeur : il appartient donc entièrement au domaine alimenté et ne décharge pas la sauvegarde.
Le canal de diagnostic est précisément ce qui rend une source de secours gérée précieuse : plutôt que de découvrir une sauvegarde morte après une perte de position d'origine, l'automate peut lire le drapeau de batterie faible via BiSS-C ou EnDat en fonctionnement normal et planifier le remplacement ou la recharge avant que le compte multitour ne soit menacé. Cela transforme une pile bouton invisible et sujette aux pannes en un élément surveillé et prévisible du plan de maintenance.
Les comparaisons indépendantes des architectures multitour sont sans détour sur la faiblesse de la conception tamponnée par batterie : elle ne conserve la position que tant que sa cellule interne tient la charge — typiquement trois à dix ans par élément pour une pile lithium primaire — et, cette pile épuisée, l'encodeur subit une perte totale de position et doit reprendre une prise d'origine. Les conceptions à récupération d'énergie (Wiegand) suppriment la cellule externe en générant l'énergie de comptage à partir de la rotation de l'arbre, mais elles ne peuvent compter la première fraction de tour après une longue coupure et leur condensateur de stockage vieillit sur une échelle d'environ une décennie ; les trains d'engrenages mécaniques évitent l'électronique mais introduisent des engrenages qui s'usent.
Comprendre ce mode de défaillance permet de cadrer correctement le problème de conception de la batterie. La source de secours n'est pas une batterie de traction miniature fournissant du travail ; c'est un réservoir de rétention longue durée, à très faible courant, dont le pire ennemi est l'autodécharge et dont la sortie requise est un courant garanti au niveau du microampère à la température nominale la plus basse, avec une marge d'avertissement suffisante pour éviter une reprise d'origine imprévue.
L'analyse débouche sur une spécification en couches de la source de secours : une tension adaptée à la broche de secours de la puce d'encodeur avec une bascule propre et sans à-coup ; un budget de courant de rétention dans le régime du microampère, maintenu pendant toute la durée hors alimentation requise ; un fonctionnement sur toute la plage de température de l'encodeur, qui atteint, pour les encodeurs magnétiques industriels, de moins 40 à 100 degrés C ; un diagnostic de batterie faible lisible ; et une stratégie de maintenance définie qui empêche une perte totale et silencieuse de position. Le second article transforme ces exigences en un choix concret de source, comparant une sauvegarde nickel-hydrure métallique rechargeable au lithium primaire, à un condensateur et à la récupération d'énergie ; le troisième cartographie les preuves CEM, environnementales et normatives batterie que le fournisseur d'encodeurs doit réunir.
Traiter la mémoire multitour comme un problème de conception à double alimentation — plutôt que comme « ajouter une pile bouton » — est ce qui distingue un encodeur qui démarre sur une position correcte après des années de service intermittent d'un encodeur qui impose un mouvement de référence imprévu, parfois dangereux.
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