Fonctionnement d'un régulateur de tension de chez Hewlett-Packard

[Yvan_Delaserge]

Bonjour,

Je voudrais soumettre à votre sagacité le circuit ci-dessous. Il provient du tiroir HP 8552B de l'analyseur de spectre Hewlett-Packard 141T.



Il s'agit d'un régulateur de tension, qui reçoit du -12,6 V du mainframe HP141T (à gauche du schéma) et qui le régule en -10V ( à droite du schéma), au moyen du transistor Q23. Le fonctionnement du circuit est sommairement expliqué dans le texte.

Le problème que pose ce tiroir HP8552A est une panne intermittente. Les fusibles F1 et F2 sautent parfois lors de la mise en route.

Pour essayer d'en trouver la raison, il faudrait que je comprenne comment fonctionne ce montage, en particulier, il faudrait que je trouve des réponses aux questions suivantes:

1) Que vient faire la tension de -100 V (à gauche du schéma) dans un régulateur -10 V?

2) Selon le texte, il s'agit de protéger le circuit pour le cas où le régulateur Q23 se mettrait en court-circuit. Dans un tel cas, le thyristor CR10 est un crowbar, qui fait fondre les fusibles.

3) Pourquoi y a-t-il DEUX fusibles? Sur le boîtier du tiroir, F1 est marqué "-10 V" et F2 est marqué "-12 V".

4) Y a-t-il une influence de la tension -100 V sur l'activation du crowbar?

Qu'en pensez-vous? Merci d'avance de vos conseils.
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[Yvan_Delaserge]

Alors?
Pas d'amateurs?
Le fonctionnement de ce circuit n'est pas évident à comprendre, c'est vrai!

[lutshur]

Bonjour,

1) Que vient faire la tension de -100 V (à gauche du schéma) dans un régulateur -10 V?

Il faut le demander au concepteur
Mais à priori, c'est soit ça, soit -12,6V. Et -12,6V, ça risque d'être un peu juste.

2) Selon le texte, il s'agit de protéger le circuit pour le cas où le régulateur Q23 se mettrait en court-circuit. Dans un tel cas, le thyristor CR10 est un crowbar, qui fait fondre les fusibles.

Oui, et ce qui me gêne un peu, c'est que CR12 vaut 14V. Pour que le SCR conduise, il faudrait que la base de Q16 passe à -15V. Avec un pull-down à -12,6V, je vois mal comment ça peut se faire.

3) Pourquoi y a-t-il DEUX fusibles? Sur le boîtier du tiroir, F1 est marqué "-10 V" et F2 est marqué "-12 V".

Un pour les -10V régulés, un pour le -12,6V non régulé (la partie utilisation simplement filtrée dans les autres sections)

4) Y a-t-il une influence de la tension -100 V sur l'activation du crowbar?

Normalement non. Q10A/B, Q11, Q12, et Q17 compensent.

[lutshur]

Mon impression est que les -12,6V font plus que ça en valeur absolue lors de la mise en route

[A voir en vidéo sur Futura]

[Antoane]

Bonjour,

Le schéma refait de manière un peu plus simple à comprendre, et en retirant quelques composants :


- Q10x forment, avec R27, R30, R28, un amplificateur différentiel très classique, comparant une fraction de la tension de sortie (R31 et R32 -- les 3 se sont perdus dans la PJ) et une tension de référence de -6.2 V créée par CR14 et R23, et filtrée par R24-C7.
- Q11 et Q12 convertissent ensuite la tension différentielle résultante et ajoutent du gain. Q11 pilote alors Q17 qui est monté en base commune et est polarisé par R20.
- Q17 contrôle alors le darlington Q15-Q23.

Pour ce qui est du SCR, il permet de mettre en court-circuit le rail -12.6V (et par là le régulateur générant cette tension) lorsque celui-ci dépasse -15 V.

[Antoane]

Explication rapide de la boucle de régulation :
Si pour une raison quelconque, la tension de sortie augmente, i.e. si le potentiel du fil "OUTPUT_-10V" diminue (sous-entendu par rapport à la masse) :
- alors, le potentiel de la base de Q10B va avoir tendance à diminuer
- donc le potentiel d'émetteur de Q10B va diminuer
- le potentiel de base de Q10A est fixé par D1, mais comme son potentiel d'émetteur diminue, son Vbe tend à augmenter
- donc le courant d'émetteur de Q10A augmente, de même que con courant de collecteur.
- ceci entraine une augmentation du courant de base de Q11
- qui entraine une augmentation de son courant de collecteur.
- le courant de collecteur de Q11 est égal au courant de collecteur de Q17, celui-ci augmente donc également
- la tension dans la résistance R20 augmente, donc le potentiel du collecteur de Q17 augmente
- le potentiel sur la base du darlington augmente, celui-ci conduit donc moins bien, alors le potentiel du rail -10 V augmente.

C'est donc bien une régulation.

L'explication n'est pas la plus propre en mélangeant courants tension et en simplifiant, mais l'idée de base est là.

[lutshur]

Antoane
Pour ce qui est du SCR, il permet de mettre en court-circuit le rail -12.6V (et par là le régulateur générant cette tension) lorsque celui-ci dépasse -15 V.

C'est ce que j'en déduis aussi.
Mais la traduction du service manual dit qu'en cas de court-cirtuit du régulateur série, etc... Du n'importe nawak, quoi.

[Antoane]

Mais la traduction du service manual dit qu'en cas de court-cirtuit du régulateur série, etc... Du n'importe nawak, quoi.

Je le comprend comme quoi le SCR court-circuite la régulateur délivrant le -12.6 V si celui-ci vient à se court-circuiter, ie à directement relier son entrée et sa sortie.

[lutshur]

On n'est pas d'accord sur la signification du texte. Ce n'est pas trop important.
C'était si simple de préciser qu'en cas de tension -12,6V dépassant -15V, ça fond.

[Yvan_Delaserge]

Merci à tous pour vos réponses, que je vais étudier attentivement.
Je viens moi aussi de mettre un peu au net le schéma de Hewlett-Packard.

[Yvan_Delaserge]

Bon sang, mais c'est bien sûr! Q15 et Q23 sont un Darlington!

Voici le montage redessiné.



On voit que le crowbar, dont je sais maintenant, grâce à vous, qu'il va se déclencher si la tension sur le collecteur de Q15 est plus négative que -15 V, va mettre à la masse:
1) Le collecteur de Q15.
2) La sortie du régulateur.
3) L'entrée du régulateur. Et par la même occasion faire toujours fondre LES DEUX fusibles à la fois. (Donc, pourquoi mettre deux fusibles quasiment en parallèle? Mais bon, ce n'est pas important.)

La question (importante, elle) que je me pose encore est la suivante:

Si, lors de la mise en route de l'appareil, un pic de tension plus négatif que -100 V apparaît sur la ligne d'alim -100 V, et se voit donc appliqué sur la base de Q15, le crowbar va-t-il être activé?

[jiherve]

bonsoir,
sans analyser le schéma mais la présence d'un crowbar m'incite à penser à un déclenchement intempestif en dv/dt un grand classique avec ces engins qui a conduit à leur abandon.
JR

[lutshur]

Si, lors de la mise en route de l'appareil, un pic de tension plus négatif que -100 V apparaît sur la ligne d'alim -100 V, et se voit donc appliqué sur la base de Q15, le crowbar va-t-il être activé?

Non. R20, C5 et Q17 annulent l'effet du pic.

Si le -100V n'a aucune interaction avec le -12,6V, ça n'arrivera pas

[lutshur]

Et par la même occasion faire toujours fondre LES DEUX fusibles à la fois

F1 grille AVANT F2 du fait de CR9. Ca doit avoir son importance.

[Yvan_Delaserge]

Non. R20, C5 et Q17 annulent l'effet du pic.

Si le -100V n'a aucune interaction avec le -12,6V, ça n'arrivera pas

Vous allez sans doute me trouver un peu monomaniaque, mais si j'insiste tellement sur la responsabilite putative du rail -100 V, c'est que j'ai trouve sur le Web, une info allant dans ce sens.
Dans le mainframe, la tension -100 V serait stabilisée en prenant pour référence un tube néon. Le gaz Néon contenu dans le tube serait mele a une petite quantité de Radon, dont la radioactivité naturelle servirait à faciliter l'amorçage du tube. Or, la demi-vie du Radon serait de 10 ans.
Et l'appareil date de plusieurs dizaines d'années.
Donc pour amorcer le tube, la tension à ses bornes dépasserait parfois 100 V lors de l'allumage de l'appareil.

Mais voilà,
Si on a une impulsion disons de -120 V sur la base de Q15, lors de l'allumage de l'appareil, est-ce que cela peut enclencher le crowbar?

Je pense que vous allez, pour la troisieme fois, me repondre que non?

On parle donc, vous l'aurez compris, d'une BREVE impulsion. Est-ce que le regulateur sera assez rapide pour empecher le declenchement du crowbar?

[Yvan_Delaserge]

bonsoir,
sans analyser le schéma mais la présence d'un crowbar m'incite à penser à un déclenchement intempestif en dv/dt un grand classique avec ces engins qui a conduit à leur abandon.
JR

Hello jiherve,
Tu veux dire que parfois, lors de l'allumage, le crowbar se declenche tout seul, simplement du fait de l'apparition rapide de la tension d'alimentation normale?

[lutshur]

Bonjour,
La brève impulsion sera déjà amortie par R20 et C5. Ensuite, il faut qu'elle arrive à la base de Q17. Pour cela, elle devra traverser sa jonction base-collecteur en inverse.

Par curiosité, j'ai lancé quelques simulations.
Etonnamment, avec une tension partant de -125V pour finir à -100V, le -10V se comporte très bien si le -12,6V part de -18V pour finir à -12,6V
Avec -100V stables, ça fonctionne moins bien. La régulation est sensible au -12,6V.
Cette sensibilité est dûe à C7, censé justement y remédier. Apparemment 150µF ne conviennent pas. Il faudrait un condensateur de 3,3µF max.
1er graphe : -100V stables, -12,6V non stables, C7=150µF. J'ai oublié d'effacer les indications de C7
2eme graphe : -100V et -12,6V non stables. C7=150µF
3eme graphe : -100V et -12,6V non stables. C7 compris entre 1µF et 10µF
4eme graphe : -100V stable, -12,6V non stable. C7 compris entre 1µF et 10µF

[Yvan_Delaserge]

Super, merci lutshur pour la simu!

Donc en conclusion, puisque ni l'entree du regulateur -12 V ni la sortie -10 V ne se trouvent jamais a -15V, ni plus negatif, et ceci, quel que soit le comportement du rail -100 V, alors le crowbar ne devrait jamais etre active?

Donc en conclusion de la conclusion, le probleme des fusibles qui sautent ne peut pas venir du rail -100V.

Soit, mais on ne comprend toujours pas pourquoi le concepteur de ce circuit cense stabiliser du -10 V, a cru bon d'y inclure une tension de -100V.

[lutshur]

J'avais oublié que l'impulsion amortie pouvait passer par Q15/Q23. Mais voici 2 autres simulations avec une impulsion de 1kV. On voit que la valeur du -12,6V influe beaucoup sur la conduction ou non du SCR
Capture d’écran_2021-03-20_08-34-23.jpg
Capture d’écran_2021-03-20_08-35-10.jpg

Soit, mais on ne comprend toujours pas pourquoi le concepteur de ce circuit cense stabiliser du -10 V, a cru bon d'y inclure une tension de -100V

Avant l'info du néon, j'aurais dit : 1V d'ondulation sur le -12V, c'est un ratio plus élevé que 10V sur le -100V. Car ça revient à 1V d'ondulation sur les 2,6V disponibles.
Moins il y a à corriger, mieux c'est

[jiherve]

Bonjour,

Hello jiherve,
Tu veux dire que parfois, lors de l'allumage, le crowbar se declenche tout seul, simplement du fait de l'apparition rapide de la tension d'alimentation normale?

Oui ce fut un grand classique avec les crowbar de protection fournis avec les blocs d'alimentation Lambda que les moins de 50 n'ont pas connu, à l’époque nous avions tout essayé pour palier ce probleme et ce fut sans resultat vraiment fiable sur le longterme.
Dans ton cas cela peut être tout autre chose y compris un fonctionnement normal de ce crowbar.
JR

[Antoane]

Bonjour,

le crowbar monitore le rail -12.6 V, il faudrait donc probablement plutôt regarder comment celui-ci est généré.

[Yvan_Delaserge]

J'avais oublié que l'impulsion amortie pouvait passer par Q15/Q23. Mais voici 2 autres simulations avec une impulsion de 1kV. On voit que la valeur du -12,6V influe beaucoup sur la conduction ou non du SCR
Pièce jointe 435215
Pièce jointe 435216

Avant l'info du néon, j'aurais dit : 1V d'ondulation sur le -12V, c'est un ratio plus élevé que 10V sur le -100V. Car ça revient à 1V d'ondulation sur les 2,6V disponibles.
Moins il y a à corriger, mieux c'est

Bon, s'il faut carrément aller jusqu'à lui enfiler des impulsions de 1 KV pour que le crowbar déclenche, on peut conclure que l'explication selon laquelle ce serait l'alim -100 V qui serait fautive est morte et bien morte.

OK les gars, merci à tous. J'ai maintenant grâce à vous, une meilleure compréhension de ce montage.

On va voir si armé de cette nouvelle connaissance, j'arrive à remettre ce zinzin en ordre de marche.

Les résistances qu'utilisait Hewlett Packard étaient généralement avec des tolérances de +/- 1%. Et les transistors mesurés et sélectionnés à la main. Malheureusement les valeurs des résistances dérivent avec les années. Il m'est déjà arrivé de changer sur cet instrument, des résistances censées être vers 100 kOhm, mais qui en réalité étaient quelque part vers 500 KOhm. Y a plus qu'à mesurer tout ça.

[DAT44]

Bonjour,
maintenant que l'on a bien décortiqué le crobar, dans un premier temps, il serait bon de déterminer si le problème vient du crowbar (Zener qui fuit, surtension sur le -12,6V, thyristor HS ...) ou d'une sur consommation sur le -10V ?

Pour en avoir le coeur net, tu place en série sur le -10V un fusible 800mA, si il pète il y a une forte chance que le PB vient de la conso sur le -10V, si les fusibles 1A pète c'est que le problème vient du crowbar ...

[Yvan_Delaserge]

C'est astucieux. Je prends note de l'idee. Merci!

[Yvan_Delaserge]

Apres quelques mois de sejour sur etagere de l'appareil, je me suis finalement decide a prendre le probleme par l'autre bout:
Plutot que d'essayer de comprendre le fonctionnement du circuit et le pourquoi et le comment de la panne (C'est peine perdue), peu importe le mobile du crime et son modus operandi.
Essayons d'identifier directement le coupable. Pour cela, voyons tous les "usual suspects".

Comme il s'agit d'un vieil appareil, j'ai d'abord teste tous les condensateurs electrolytiques, au moyen de mon mesureur de resistance serie equivalente a Arduino, que j'ai decrit dans un autre post.
Tous les condensateurs etaient OK.
Un autre probleme que j'ai deja rencontre en reparant d'autres materiels HP, c'est les faux contacts.
On a une dizaine de cartes, enfichees sur un "fond de panier". Chaque carte possede 30 pistes. Sur certaines cartes, les pistes sont dorees, sur d'autres, c'est juste etame. Mais meme sur les cartes avec contacts dores, certains sont tres ternes.
Apres passage de tous les contacts a la gomme a encre, tous redeviennent bien brillants.
Pour les contacts des connecteurs 30 broches, j'ai utilise un materiau legerement abrasif epais de 1,5 mm, l'epaisseur des cartes. UN SEUL passage par contact.
Apres remontage, ca marche!

On verra pour combien de temps!

Curieux, quand meme! Ce type de montage de cartes sur fond de panier se trouve dans tous les PC et ca a l'air de fonctionner pas trop mal.
Comme le disait jiherve, je pense que le vrai coupable etait le crowbar, trop sensible, qui a du reagir a une faible augmentation de la resistance de l'un ou l'autre des 300 contacts.
Vous me direz qu'un PC datant des annees 90 ne serait de toutes facons plus utilisable aujourd'hui, meme si ses contacts de fond de panier etaient OK!

[jiherve]

bonsoir,
JR va revenir avec un de ses dadas: les courants de contacts.
Un contact mécanique qui n'est pas parcouru par un courant suffisant fini par devenir mauvais voir "wetting current".
JR

[Yvan_Delaserge]

En tout cas, merci pour ta suggestion du crowbar qui pejore les problemes au lieu de les prevenir. Elle a ete decisive pour moi.