Alimentation programmable a base arduino

[TheChacal]

Bonjour a tous ,

Je dépose ici le sujet ne pouvant le posté dans le post projet Electronique(messieurs les administrateurs auriez-vous la possibilité de la déplacer )

Je suis tomber sur un projet plutot sympa .

Avoir la possibilité de construire entièrement son alim de labo ou bien la commander en kit ( les commandes sont arrêtées pour l'instant ,il y as une liste d'attente , projet financé)

visible sur :

http://www.envox.hr/eez/bench-power-...roduction.html

EEZ_H24005_front_panel.jpg

Module affichage :
Arduino r5B12 bottom view.jpg
Arduino r5B12 top view.jpg

Module power (x2)
Power board r5B12 assembled.jpg

Module AUX
AUX PS r5B12 side view.jpg

Ce projet représente un budget assez conséquent ( et beaucoup de travail sur la soudure et assemblage ,et la touche final la programmation )

Je travaille actuellement sur sa fabrication mode unique pour l'instant , il me reste a trouver un fabriquant pour le boitier

Plusieurs jour de travail sur la BOM et le choix des fournisseurs , la fabrication des PCB

J’espère que cela intéressera du monde pour une éventuelle commande groupée

Bonne lecture sur le lien fourni ( anglais)
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[TheChacal]

Photo des Circuits Imprimés

[HAYAC]

Bonjour,

Concernant une alim de labo, perso je ne te suivrait pas sur ce type de technologie, je suis pour l'analogique (tres bonne exemple http://forums.futura-sciences.com/pr...reference.html Merci à Tropique pour son excellent travail).
De plus de l’Arduino pour contrôler une alim de labo, non non et re non passe encore avec du st ou du Microchip...
En mode bricolage c'est bien mais quitte à y passer du temps et de l'argent, autant le faire bien de suite ...

Cordialement

[HAYAC]

Ou encore :
http://yvan.radenac.pagesperso-orange.fr/

[A voir en vidéo sur Futura]

[bobflux]

C'est une réalisation complexe et impressionnante! Mais je dirais peut-être un peu trop.

En effet vu le boulot de montage, il faut comparer avec une alim de labo genre Rigol DP832 qui vaut dans les 400€. Celle-ci a plus de volts et plus d'ampères, et c'est bien, mais

J'ai jeté un coup d'oeil sur les schémas... voyons voir.

Ils auraient pu mettre un petit microcontrôleur sur chaque carte de puissance, avec comme interface un simple RS232 isolé. Ça aurait coûté moins cher que l'isolateur multicanal et ça aurait éliminé les ADC, mais surtout ça aurait permis de rendre les modules de puissance indépendants et donc utilisables sans affichage. Cela aurait eu un bien meilleur potentiel, tandis que là on est obligé d'utiliser son micro, son affichage tactile qui sera introuvable dans quelques années quand il sera en panne, son logiciel, etc... Dommage, ça diminue le potentiel du produit.

Maintenant, l'alim proprement dite. Il faudrait que ses performances soient supérieures aux alims du commerce pour justifier la complexité et le prix.

Il y a une pré-régulation à découpage. On s'attend donc à trouver un peu de HF en sortie. Malheureusement il y en a pas mal plus que dans l'alim Rigol. Ce qui est intéressant c'est que l'ondulation du DC-DC est fortement atténuée, il ne reste que les parasites HF qui ont une sale tronche.

Je regarde donc le filtrage en sortie. On a deux cellules LC en série. L'inductance de 3.3µH est mal choisie, car sa fréquence de résonance est de seulement 29 MHz. Ce qui veut dire qu'elle a une capacité parasite de 10pF environ. C'est commun sur les inductances à spires. Il aurait fallu ajouter en série une ferrite à 30 cents qui garde ses propriétés d'atténuation jusqu'à 1GHz, car elle n'a pas de spires, c'est juste un bout de fil dans un noyau, il n'y a donc pas de capacité inter-spires !...

Je regarde ensuite les condensateurs : il n'y en a pas assez. On a seulement 2 capas de 1µ pour filtrer la HF (dont une "unpopulated"), c'est insuffisant, j'aurais mis plusieurs 100nF CMS en parallèle pour réduire l'inductance.

Je regarde maintenant le routage : Désolé, je vais râler un peu. C'est à chier. Dans le coin en bas à droite autour de Q1, on a à peu près toutes les erreurs possibles dans le routage d'un DC-DC.

- C'est un PMOS (première erreur déjà...) or sur un PMOS le cul du transistor est le drain, donc pour refroidir le drain on met plein de cuivre. MAIS LA SORTIE EST SUR LE DRAIN. On a donc un gros plan de cuivre avec un signal carré de 50V qui commute à je sais plus combien, genre 300 kHz, avec des flancs bien raides (genre dV/dt = 50V/20ns?). Ceci va coupler capacitivement avec tout ce qu'il y a autour, y compris le dissipateur. On aura donc un couplage de mode commun entre la carte et toutes les masses métalliques avoisinantes. Non seulement ça va polluer les circuits alentour, mais je ne serais pas surpris de trouver un bruit de mode commun assez élevé dans les sorties. Comme les fils font antenne, adieu la CEM. IL FALLAIT UN NMOS : Le drain à l'alim, l'alim solidement découplée à la masse, et le bout de piste qui commute est tout petit, donc pas de problèmes de couplage.

- Il y a des pistes au dos de la carte qui vont coupler avec ce plan cuivre. Paf.

- Le placement des composants de la boucle critique du DC-DC est très bien.

- Le placement de C10/C16 (qui sont les capas post-inductance) est à chier. Elles ont les mêmes vias de masse que C5/C6 qui sont les capas de découplage d'entrée. Comme C5/C6 sont parcourues par le courant en créneaux du DCDC, leur masse est fortement perturbée. Le plan de masse autour est un champ de mines... Utiliser la même via de masse pour les capas d'entrée et de sortie permet à la HF de passer direct en ignorant l'inductance.

- D'ailleurs, le routage de la masse est à chier. Il n'y a pas de plan de masse, juste un peu de cuivre plein de pistes dedans qui font des trous.

- C11/C12 (qui sont les deux capas des deux étages LC) sont reliées à la masse par la même longue trace, très inductive, donc ces capas permettent à la HF de sauter directement les deux filtres pour arriver directement dans la sortie. Je suppose que c'est pour cela que la 2è est "do not populate".

- Et la masse de C11/C12 est reliée à celle de C15 qui est la capa de sortie du DCDC (post-inductance) donc même remarque que précédemment. Idem pour C13.

Bon, on a fini l'examen du DC-DC, c'est à revoir ! Je suis à peu près sûr que les mesures postées sur leur site ne disent pas tout, et qu'un test de CEM basique révélerait des problèmes plus graves (genre mettre la sonde de l'oscillo sur la masse de la sortie, et la masse de l'oscillo à la terre, ou bien approcher une radio AM)......

Bref, c'est un cas typique d'économie mal placée. En payant un tout petit peu plus cher, avec du 4 couches, tout cela n'aurait posé aucun problème. Pour un produit qui se veut haut de gamme, c'est pas bon du tout.

[TheChacal]

Bonjour HAYAC et Bobflux

Je vous remercie pour tout ces renseignement fort enrichissant

il est vrai que le lcd est difficilement trouvable

Bon cela fera un projet a la pou....... , rien de lancer oufffff

Et encore merci !!!!!!!

[bobflux]

Ouais, c'est dommage parce que c'est un truc qui pourrait fonctionner, il y a eu beaucoup de boulot dessus, mais le DCDC est foiré, donc tu auras jamais de bonnes perfs au niveau bruit.

J'examine maintenant le schéma de la régulation de la tension de sortie.

Un NMOS IRFP240 est utilisé en tant que transistor de puissance. Pour réduire la dissipation, il travaille sous un Vds de 2V. Or, les capacités parasites des FET augmentent quand le Vds est faible. D'après la datasheet, cela nous donne un Ciss de 3nF environ. Notons qu'un FET sous un Vds faible a aussi un PSRR misérable, donc ça va bien en post-régulation pour éliminer l'ondulation BF du DCDC, mais la réjection HF sera nulle (c'est un condensateur de quelques nF! La HF passe tout droit, que le transistor soit bloqué ou passant d'ailleurs)

Les capacités se comportent de la même façon sur les bipolaires. Si on veut réduire la dissipation avec un DCDC suivi d'une postrégulation on aura ce problème, qui est tout à fait gérable d'ailleurs.

Le MOSFET est drivé par un BCP56, un petit transistor qui a de la patate (1A) donc pour mettre en conduction, ça ira vite. Par contre, pour le couper ce MOSFET, il faut tirer du courant sur la grille pour sucer la charge stockée dedans... et là on a un misérable pulldown de 1k qui doit tirer 5mA. À moins que le circuit autour de Q8 tire du courant dessus (je n'ai pas l'impression). D'ailleurs, il n'est pas forcément activé.

Bref, avec un pulldown de 5mA sur la grille, en cas de court-circuit en sortie, il faudra environ 5 µs pour bloquer complètement le transistor. Cela semble relativement rapide... en apparence, mais durant ce temps, le courant n'est limité que par ce que peuvent fournir les capacités en amont, donc une Panasonic FK de 47µF avec une ESR de 0.6 ohms, ça va c'est pas énorme. Mais il faut faire attention en connectant une charge fragile, on ne comptera pas sur la limitation de courant... D'autre part, ici je n'ai compté que le temps de réaction du MOSFET. Avec les AOP, ce sera une autre histoire...

On peut s'amuser à examiner d'autres trucs. Par exemple, comme la transconductance du MOSFET augmente avec le courant, l'excursion de tension sur la grille est est bien supérieure pour passer de 10mA à 20mA que pour passer de 1010mA à 1020mA. Donc le courant à fournir pour pomper la capacité de grille varie en proportion. Et on devine que la boucle de contrôle aura tendance à faire dans le "mou du genou" aux courants faibles, comme pour tous les régulateurs intégrés d'ailleurs.

Bref, ça c'est pas vraiment un problème. On remonte la boucle.

Q6 drive le MOSFET. Sa base est polarisée par une source de courant de 2mA environ via Q10, qui veut faire monter la tension sur la base de Q6. Et les AOP, IC5A/IC6A peuvent tirer du courant à travers Q11 qui est monté en base commune pour tirer Q6 vers le bas. C'est une façon de faire le level shifting entre les AOP et la tension de sortie élevée.

La question est: combien les AOP peuvent tirer ?...

La base de Q11 va de 0V à 1.35V suivant la tension de sortie, on retranche un Vbe et une diode (D7/D9), R50(=470 ohms), et... la sortie d'un TL072... alimenté en +/- 5V... ouille ! Le TL072 est une grosse brèle concernant le courant de sortie.

Vérif datasheet (fig.6): Pour une alim de +/- 15V et une charge de 470 ohms la tension de sortie est de max 9V. Soit à 6V de l'alim pour une sortie de 19mA.
Mais là, on est en +/- 5V. Donc on sera sévèrement limité. Si le graphe de la datasheet se transpose à une alim 5V, on aura 5mA avec la sortie à 2.5V de l'alim. Le TL072 est vraiment une brèle, c'est fait pour des charges de plus de 10k, pas 470 ohms...

On aura donc sur R50, à la louche, au max 5mA. Je retranche les 2mA fournis par Q10, et je simule le bazar en transitoire avec une source qui tire Q6 vers le bas...

Et là, c'est le drame. Je pense que tu auras remarqué R37/C35, qui apportent une compensation en fréquence, et... WTF? 10nF? Ça va sévèrement limiter le slew rate, ça.



Et en effet, il lui faut pas loin de 130 µs pour ramener la sortie à zéro si l'AOP qui gère la limitation de courant décide de le faire

Dans la réalité c'est pire (je suppose que tu auras remarqué toutes les petites capas de compensation mesquines autour des AOP). Le mec mesure le passage du mode "tension" au mode "courant" avec le scope sur 10ms/div, et le scope indique un temps de descente de 1.7 ms ! C'est le temps qu'il faut à la limitation de courant pour prendre le contrôle...

The PSU changes its operational mode when a particular programmed output value is reached. For example, if output current is set to 100 mA, the output voltage (already set to 20 V) will remain unchanged as long as the connected load does not sink more then maximum, current allowed; therefore, its resistance must be equal to or greater than 200 Ω. A sudden change in resistance that could change a mode of operation must be “smooth” – no oscillation nor overshooting are permitted during a transition. This test was performed by repetitively connecting and disconnecting a 33 Ω load with a MOSFET switch (Fig. 1) driven by 10 Hz from the signal generator. The output voltage was set to 40 V (the maximum allowed by the model being tested) and current limited to 250 mA. Therefore when the right load is applied, the PSU should change mode from CV to CC which will cause the output voltage to drop to ~8 V.

Autrement dit, quand la tension de sortie est de 40V et la limite de courant à 250mA. Il connecte une résistance de 33 ohms. Et donc le courant passe tout de suite à 40/33=1.2A et puis il se réduit tranquillement au cours de la milliseconde suivante... T'as pas intérêt à brancher des trucs un peu fragiles !....

Je ne sais pas si un LM723 fait mieux. Peut-être...

Concernant les mesures de réponse "transient", ils font un test de charge en commutant une résistance à la sortie, et en variant le courant entre 1.46 A et 1.83 A. Cette mesure ne sert pas à grand chose. C'est entre 0 et 1A qu'il faut mesurer. Les choses intéressantes se passent quand le courant passe de "un tout petit peu" (ou le transistor est mou et lent) à "envoie la sauce" et passer de l'un à l'autre n'est pas forcément évident (surtout dans l'autre sens... si le transistor ne se coupe pas assez vite on a un overshoot).

Sa solution est simple: coller une charge de 300mA en sortie, constamment activée, et vendre ça comme une feature "down programming !..." Ummm... Normalement on mettrait plutôt un étage de sortie push pull, comme ça on a pas une charge qui brûle des watts tout le temps !......

Bref, je n'aurais pas une confiance démesurée dans les propriétés de réponse transitoire de ce circuit non plus.

Même si les alims de labo sont en général lentes, ce qui est une condition nécessaire pour pouvoir s'accorder avec tous les types de condensateurs que tu vas brancher à la sortie... pour ce qui est de la limitation de courant, y a des limites ! J'aime beaucoup plus celle de Tropique.


C'est bizarre, ce machin a un look de pro et il y a eu énormément de travail mis dedans, mais les fondamentaux ne sont pas au rendez-vous.

[bobflux]

Désolé d'avoir sabordé le truc !

Mais bon vu la quantité de boulot pour construire ça, et en tenant compte du fait que les perfs n'ont rien de spécial, mieux vaut acheter une alim à 500€ si t'as besoin du contrôle numérique...

[TheChacal]

RE

Sabordé non du tout justement ,c'est en partageant que l'on s'informe et apprend , et là !!!!! Merci bobflux pour ton analyse parfaite et précise sur ce projet que je partageais

Tu as eu l’œil

On trouvera d'autre projet

D’ailleurs si tu en connais , car j'aime beaucoup mettre les mains dans le cambouis

[lpt1com2]

De plus de l’Arduino pour contrôler une alim de labo, non non et re non passe encore avec du st ou du Microchip...

Peux-tu développer ? Tu veux dire qu’un micro ex-Atmel est moins performant qu’un ST ou un µChip (à modèle équivalent dans la gamme) ? Je suis curieux de savoir pourquoi...

[HAYAC]

Peux-tu développer ? Tu veux dire qu’un micro ex-Atmel est moins performant qu’un ST ou un µChip (à modèle équivalent dans la gamme) ? Je suis curieux de savoir pourquoi...

Bonjour,

Absolument pas, si l'on s'en tiens simplement au MCU de même gamme (équivalent ou presque), simplement, faire du sérieux avec un IDE comme celui de l'Arduino, avec des sources de qualités très discutable, Aucune débogage temps réel, et une approche gros doits de la programmation ...
Je n'est absolument rien contre Atmel, j'ai presque toute la gamme de leurs produits avec les quelles je m'amuse beaucoup.
Ceci dit, lorsque l'on passe sur un IDE de type Atmel Studio, MPLab ou Keil les résultats vont bien au delà des résultats des résultats de IDE open source Arduino.
Et pour en conclure, beaucoup d'industriels utilises Atmel pour leurs prix et leurs fiabilités (pas ARDUINO)

[HAYAC]

L'analyse de bobflux sur cette réalisation va dans le sens de ma pensé, beaucoup de technologie gros doits sans maitrise, comme beaucoup de réalisation actuelle avec ces jolies platines à tout faire.

[lpt1com2]

Bonjour,

Absolument pas, si l'on s'en tiens simplement au MCU de même gamme (équivalent ou presque), simplement, faire du sérieux avec un IDE comme celui de l'Arduino, avec des sources de qualités très discutable, Aucune débogage temps réel, et une approche gros doits de la programmation ...
Je n'est absolument rien contre Atmel, j'ai presque toute la gamme de leurs produits avec les quelles je m'amuse beaucoup.
Ceci dit, lorsque l'on passe sur un IDE de type Atmel Studio, MPLab ou Keil les résultats vont bien au delà des résultats des résultats de IDE open source Arduino.
Et pour en conclure, beaucoup d'industriels utilises Atmel pour leurs prix et leurs fiabilités (pas ARDUINO)

Ben oui, je suis d’accord avec toi, mais tu avais comparé des microcontrôleurs avec Arduino, ce qui n’a rien à voir. J’ai réagi parce qu’il me semble que beaucoup de gens font l’amalgame. De plus on peut très bien utiliser une carte Arduino avec un autre IDE (et un autre langage) que celui d’Arduino.

[HAYAC]

C'est vrai, mais tu m'accorderas le fait que, quitte à utiliser un IDE de qualité pro, pourquoi utiliser une platine toute faite (vue la complexité des CI de ce montage) au lieu de simplement utiliser proprement un MCU vierge de toute orientation et l’incrémenter dans le montage ?
Faire des produits finis avec des platines d’expérimentations me pose un problème de conscience (manque de maitrise ? ce qui serait grave, fainéantise ? sans commentaire, …)
Certain MCU sont d’une telle simplicité, de nos jours, à implémenter dans un montage qu’utiliser une tel platine et dommage et complexifie d’autant le routage des circuits, imposé du coup par cette platine (avec tous les désagréments qu’il peut en découler).

[lpt1com2]

Encore une fois, je suis bien d’accord avec toi, mais ce que tu dis s’applique alors à n’importe quelle carte de développement, qu’elle soit de µChip, Texas, ST ou autre, puisque le but d’une telle carte est justement de balayer le maximum d’applications diverses.