Ronflette dans une alimentation faite maison

[quentin08]

Bonjour,

Pour différente raisons, j'ai été amené à fabriquer une alimentation linéaire pouvant débiter jusqu'à 1.5 A sous 15 V.

Pour éviter qu'elle ne chauffe trop, c'est un MOSFET de type P contre-réactionné par un AOP qui me sert de régulateur de tension.
Ainsi, elle est capable de réguler même avec une différence de tension très faible en entrée.

Ça marche ... presque. J'ai 10mV de ronflette à 100Hz, ce sont les traces du secteur. Je n'arrive pas à m'en débarrasser.

J'ajoute un schéma simplifié au maximum, car en plus, il a :
- Une protection en courant.
- Une protection de contrôle de tension de sortie.
- Une protection en température.
- Un soft-start pour ne pas fatiguer les fusibles au démarrage vu la taille du condensateur de filtrage.
Les plans de masses ont été agencés de telle manière que les forts courants ne viennent pas perturber la référence de tension et la masse de l'AOP qui contrôle le transistor.

reg.png

Je ne voudrais pas faire avancer vers une fausse piste, mais j'ai l'impression que c'est toute la contre réaction qui est trop lente.
On voit un très léger déphasage entre le condensateur de filtrage et la tension de grille du MOSFET.
Pourtant, 100 Hz, ça reste une fréquence très basse électriquement parlant.

J'ai essayé de diviser par deux R37 pour évacuer plus rapidement la capacité parasite de grille, ça n'a aucun effet.
Aussi, le courant est inférieur au seuil de déclenchement, D11 est toujours bloquée, ce n'est pas la protection en courant qui interfère.

Toutes les images on été prises en couplage AC. Et la masse de l'oscilloscope est connectée à la masse de la charge fictive (9.6 ohms).
Mais quelle que soit la valeur de la charge, il y a toujours cette ronflette à peu près proportionnelle au courant.

En capturant sur le condensateur de filtrage (jaune) et la grille du MOSFET (bleu), on observe un petit déphasage. 450 µS, ce qui semble être le temps de réaction.

SDS00001.png
SDS00002.png

Autre capture entre le condensateur de filtrage (jaune) et les 15 V de la sortie (bleu) :
Ce qui est assez surprenant c'est de voir que la régulation est correcte pendant les décharges du condensateur de filtrage.
En effet, la courbe de ronflette est droite pendant les décharges, et instable le reste du temps.

SDS00004.png

Une idée sur comment corriger ce problème ?

Merci
-----

[paulfjujo]

bonjour,


C2 20.4mF ..mili Farad ? coquille?

le courant dans la reference D19 me parait trop faible.
et D19 subit aussi la ronfle existante en sortie C2..
rajouter un condo aux borne de D19 pour filtrer ?
connecter la reference D19 apres le shunt ?


La régulation en tension se ferait en DC , mais
si C2 est tres faible, la limitation sur le DC redressé 100HZ ?
influence de la partie limitation de courant même en dehors du seuil atteint ?

[jiherve]

Bonjour,
D9 ne sert à rien il y a déjà la diode de structure du mos.
Le fait d'avoir introduit une non linéarité (D1) dans la boucle de CR n'est pas génial, ensuite le TL082 n'est pas rail to rail , la commande du PMOS devrait être inversée, ici par défaut il conduit alors que cela devrait être l'inverse ...
Pour finir les mesures de ronflettes sont délicates, il ne faut pas utiliser de sondes (sauf actives) mais un coax soudé au plus pres.
JR

[Pascal071]

Bonjour

à puissance égale, un MOS chauffera autant qu’un darlington de puissance.

utiliser des composants discrets ou un LM358 qui fonctionnera mieux vers 0v.

Cdlt

[A voir en vidéo sur Futura]

[Pascal071]

Re
faire simple et efficace:
le TIP sur radiateur bien sûr...

Cdlt

[Vincent PETIT]

Bonsoir,

Je ne voudrais pas faire avancer vers une fausse piste, mais j'ai l'impression que c'est toute la contre réaction qui est trop lente.

En effet, on dirait que tu as réussi à rendre lent le montage le plus rapide de l'ouest !

Je vois que tu as recréé un LDO PMOS donc avec un amplificateur d'erreur à contre réaction positive (le TL082) qui est bien plus rapide que si la contre réaction avait été négative. Selon moi la boucle de rétroaction du schéma ci dessous ne doit pas être ralenti par la présence de C1. D'ailleurs c'est possible que ce soit lui qui cause le déphasage que tu constates.





- Met C1 après le feedback R15-R16
- D20 est embêtante car tu as besoin de garder de la linéarité.
- Pour pouvoir gérer de bons "Line et Load régulation" il aurait été bien d'avoir une Vref un peu plus haute pour gagner un peu de dynamique par rapport au rail bas de l'AOP (et ajuster R15 et R16 en conséquence)

[Pascal071]

Bonsoir à tous
Dans mes remarques, j'avais oublié le but de cette alim.

Ainsi, elle est capable de réguler même avec une différence de tension très faible en entrée.

oui, un LDO...
Donc ma proposition à TIP et la puissance dissipée sont hors contexte.

mais il y a quelle tension aux bornes de C2 ?
pourquoi un LDO avec une alim. à transfo ?

Cdlt

[bobflux]

La tension de sortie dérive quand le courant circule dans les diodes de redressement : je demande à voir le layout, probablement un couplage par la masse.

J'ai de gros doutes sur la stabilité du montage car il y a 3 pôles : l'AOP, le MOSFET, et le condensateur de sortie.

[jiherve]

bonjour
reste que le TL082 a son Vo spécifié à 12v min@15V conséquence il pourrait ne pas pouvoir bloquer le PMOS, pour ce type de montage il faut soit un rail to rail out soit passer par un étage collecteur ouvert avec pull up.
JR

[quentin08]

Bonjour,
Je vais répondre aux questions qui m'ont été posées ce soir.
Pour le moment j'ai avancé un peu, j'ai recréé une version simplifiée avec des composants directement soudés entre eux, donc sans plan de masse, avec uniquement la partie régulation, et ça marche beaucoup mieux. Il n'y a quasiment plus de ronflette. On en devine encore un tout petit peu, mais c'est vraiment noyé dans le bruit sur le calibre le plus sensible.
Merci

[quentin08]

Bonjour,

J'ai pu avancer un peu, mais je vais répondre à tout le monde déjà.
Déjà le problème du déphasage, c'est résolu, le problème était entre la chaise et l'oscilloscope (Moi !)
En capturant entre le gros condensateur C2 et la grille, il y a une temporisation entre les deux par R3/C3.
Maintenant, entre la grille et la source, en zoomant bien, on voit encore un petit déphasage de l'ordre de quelques micro secondes, mais difficile à estimer, il y a trop de bruit.

C2 20.4mF ..mili Farad ? coquille?

le courant dans la reference D19 me parait trop faible.
et D19 subit aussi la ronfle existante en sortie C2..
rajouter un condo aux borne de D19 pour filtrer ?
connecter la reference D19 apres le shunt ?


La régulation en tension se ferait en DC , mais
si C2 est tres faible, la limitation sur le DC redressé 100HZ ?
influence de la partie limitation de courant même en dehors du seuil atteint ?

C'est bien 20.4mF (3 * 6800uF)
Vu que je travaille avec très peu de tension de marge, il ne faut pas de creux qui descendent trop bas sinon ça ne pourrait pas réguler correctement.

D'après le datasheet, la référence fonctionne à 20µA. Elle a le courant qu'il faut (16-2.5)/120000.
Sur la mesure directement à ses bornes, elle ne bouge pas d'un millimètre.
Mais je me suis aperçu que j'avais de la ronflette qui apparaissait ailleurs entre différents points du plan de masse, ça, c'est un autre problème.

Bonjour,
D9 ne sert à rien il y a déjà la diode de structure du mos.
Le fait d'avoir introduit une non linéarité (D1) dans la boucle de CR n'est pas génial, ensuite le TL082 n'est pas rail to rail , la commande du PMOS devrait être inversée, ici par défaut il conduit alors que cela devrait être l'inverse ...
Pour finir les mesures de ronflettes sont délicates, il ne faut pas utiliser de sondes (sauf actives) mais un coax soudé au plus pres.
JR

...

bonjour
reste que le TL082 a son Vo spécifié à 12v min@15V conséquence il pourrait ne pas pouvoir bloquer le PMOS, pour ce type de montage il faut soit un rail to rail out soit passer par un étage collecteur ouvert avec pull up.
JR

Dans le pire des cas, l'IRF4905 que j'ai utilisé pour ça a un VGS Threshold de -2 V.
Je l'ai pris en compte. Je ne sais plus ce que dit datasheet du TL082, mais à la mesure, il sature à 1.2 V sous son alimentation.
Plus la chute Vf dans D20, on doit être à -1.5 V de tension VGS. On a encore une petite marge pour arriver à 2 V.

Bonjour
à puissance égale, un MOS chauffera autant qu’un darlington de puissance.
utiliser des composants discrets ou un LM358 qui fonctionnera mieux vers 0v.
Cdlt

...

Bonsoir à tous
Dans mes remarques, j'avais oublié le but de cette alim.

Ainsi, elle est capable de réguler même avec une différence de tension très faible en entrée.

oui, un LDO...
Donc ma proposition à TIP et la puissance dissipée sont hors contexte.

mais il y a quelle tension aux bornes de C2 ?
pourquoi un LDO avec une alim. à transfo ?

Cdlt

A courant maximum 1.5 A, on est à 16 V continu, superposé de 400mV CAC d'ondulation.
Un LDO car il fallait que ça ne chauffe pas trop vu les tensions et courants utilisés.
Un régulateur 78XX demande une certaine marge en entrée, multipliée par le courant... Ça fait beaucoup de puissance.
Le transformateur que j'ai est un MYRRA 44382 suivi de 2 * 1N5822.
Et la chute de tension dans les secondaires est vraiment forte quand on tire 1.5A .
J'ai même dû baisser la résistance de détection de courant qui faisait une trop grosse chute de tension.

Bonsoir,

Je ne voudrais pas faire avancer vers une fausse piste, mais j'ai l'impression que c'est toute la contre réaction qui est trop lente.

En effet, on dirait que tu as réussi à rendre lent le montage le plus rapide de l'ouest !

Je vois que tu as recréé un LDO PMOS donc avec un amplificateur d'erreur à contre réaction positive (le TL082) qui est bien plus rapide que si la contre réaction avait été négative. Selon moi la boucle de rétroaction du schéma ci dessous ne doit pas être ralenti par la présence de C1. D'ailleurs c'est possible que ce soit lui qui cause le déphasage que tu constates.


- Met C1 après le feedback R15-R16
- D20 est embêtante car tu as besoin de garder de la linéarité.
- Pour pouvoir gérer de bons "Line et Load régulation" il aurait été bien d'avoir une Vref un peu plus haute pour gagner un peu de dynamique par rapport au rail bas de l'AOP (et ajuster R15 et R16 en conséquence)

Et bien j'ai fait avancer vers une fausse piste ! Le déphasage était produit par R3/C3, comme je l'ai dit en début de message.
En capturant au bon endroit directement sur la source et la grille, le déphasage disparait quasiment.

Aussi, j'ai recréé le montage simplifié juste avec des fils et composants soudés entre eux, donc sans plan de masse, et la ronflette a quasiment disparu. Et sur ce petit montage, pareil que sur la version propre avec plan de masse, quelques micro-secondes de retard entre source et grille, c'est bien inférieur aux 450 µS de mon message en #1. J'ai aussi remplacé ma référence 2.5 V par une 5 V (LM336Z5), j'ai laissé la patte d'ajustement en l'air, je vois qu'elle est polarisée en interne. J'ai mis aussi le condensateur après les résistances de retour.

alim_simplifiée.jpg

La tension de sortie dérive quand le courant circule dans les diodes de redressement : je demande à voir le layout, probablement un couplage par la masse.
J'ai de gros doutes sur la stabilité du montage car il y a 3 pôles : l'AOP, le MOSFET, et le condensateur de sortie.

Couplage par la masse veut dire liaison capacitive là où il ne faudrait pas ?

Voici le layout plus la réalisation avec quelques explications présentes dans la pièce jointe.

PCB + explications.pdf



Aussi, comme je le disais plus haut, j'ai des tensions qui apparaissent à différents endroits du plan de masse, je pense que c'est lié aux forts courants. Mais en prenant comme référence le point de masse autour du TL082, tout est stable autour, c'est à dire et la référence 2.5 V, le trimmer pour le seuil de courant, et le TL082 lui même. Il n'y a pas de ronflette entre ces composants quand on mesure depuis cette masse.

Là où les tensions de masses apparaissent, c'est quand on prend comme référence les (-) des condensateurs de filtrage. Là, il y a des différences avec la masse du TL082. Voyant cela, j'ai refait des maillages de masses entre les faces top et bottom. Ça s'est atténué, mais c'est pas parfait.
La sortie n'est pas tout à fait propre, mais il y a eu de l'amélioration.

Condensateur de filtrage / ronflette en sortie :
ronflette_atténuée_suite_maillage_de_masses.png

Pouvez-vous me dire s'il y a une erreur flagrante dans la disposition des plans de masse ?

Merci à tous pour votre aide.

[invite96766349]

Bonjour,

à mon avis le filtrage capacitif de 20mF ne sert à rien, pour 1.5A de courant de sortie c'est particulièrement excessif et très stressant pour le pont de diodes notamment à la mise sous tension.
Ton routage est propre et plutôt bien réalisé.
Pour éliminer au maximum l'ondulation en sortie il est souhaitable de faire un filtre en PI de type CLC.
Je te conseillerai de passer ton filtre capacitif à une valeur de 6800µF (en réalité autour de 3000µF serait suffisant) et d'ajouter un filtre en PI composé d'un condensateur de 1000µF, une inductance de 47µH à 100µH, et un condensateur de 100µF.
Tu aurais pu utiliser un LM723 ou équivalent et diminuer largement ton filtre, bien qu'ancien ce circuit a une très bonne réjection (86dB avec 5µF sur sa pin de ref) et en a fait toute sa popularité pendant des décennies.

[quentin08]

Bonjour,
Pour charger le gros condensateur, il y a déjà un soft start à deux seuils de tensions avec un comparateur sur hystérésis. Il reste actif jusqu'à 23 V à l'allumage, passé cette tension il se désactive, et se réactive en dessous de 14 V. J'étais limite en tension avec mon transformateur, et l'alimentation a été conçue pour fonctionner en LDO pour ne pas trop chauffer. Il ne fallait donc pas que les décharges soient trop basses, ou la régulation n'aurait pas pu se faire correctement.

J'ai pu avancer sur le problème entre temps. Puisque je me suis aperçu que j'avais de la ronflette même entre différentes zones du plan de masse, j'ai essayé d'apporter le retour de courant venant de la charge à différents endroits sur la masse, pour voir ce qu'il se passait. Et chose assez étrange, en mettant le retour de courant au niveau de la masse de l'AOP, zone pourtant sensible, la ronflette devient quasiment indiscernable, noyée dans le bruit, visuellement < 1 mV. J'avais dessiné le plan de masse exprès pour qu'il ne soit pas traversé par des forts courants à cet endroit puisque normalement, c'est la bonne manière de faire. La masse de l'AOP correspond au point 13 de la PJ "PCB + explications.pdf" aussi disponible en #11, voir en bas du .pdf :

PCB + explications.pdf

Je compte donc refaire la carte en amenant le courant de retour à cet endroit près de l'AOP puisque le fonctionnement est correct comme ça. Peut être que toute la masse a besoin de bouger en même temps pour rester stable ? Je serai très curieux de savoir d'où vient ce comportement. Si tu sais ou quelqu'un d'autre, j'aimerais bien savoir.

Et puisque je vais refaire la carte, je vais aussi mettre un filtre LC sur la sortie, qui ne peut être que bénéfique.

Merci

[invite96766349]

Oui tout doit bouger ensemble, l'équipotentialité des références, ici la masse, est un point essentiel en électronique.
Il faut néanmoins distinguer la masse signal de la masse puissance.
Dans la masse signal seuls les courants de polarisation, les courants de très bas niveaux doivent y circuler. Ils ne doivent pas être pollués par des courants à forts di/dt.
La masse puissance ne recevra que des courants de retour provenant du chemin de puissance, il faut donc éloigner de ce chemin "bruyant" la masse signal.
Pour avoir une équipotentialité de ces masses il faut un point commun qui bouge en même temps, l'endroit le plus adapté pour relier ces 2 masses est au plus proche de la source d'alimentation d'entrée.

[Vincent PETIT]

Bonjour,

Pour avoir une équipotentialité de ces masses il faut un point commun qui bouge en même temps, l'endroit le plus adapté pour relier ces 2 masses est au plus proche de la source d'alimentation d'entrée.

Il faut garder en tête le câblage des masses en étoile (relié en 1 seul point) n'est valable qu'en basse fréquence, souvent en dessous de quelques centaines de kHz. On trouve cette info dans la littérature CEM : Electromagnetic Compatibility Engineering, Henry W. Ott, page 127 figure 3-18 :

"At high frequency, single-point grounds become multipoint grounds because of stray capacitance."

Et page 128, figure 3-19 :

"Multipoint ground system is a good choice at frequencies above about 100 kHz"

Au delà de la centaine de kHz ça pose des problèmes car les capacités parasites entre les masses viennent refermer les masses entres elles, formant des boucles de masse. L'autre problème des masses en étoile est le problème inhérent des boucles causées par les signaux qui partent d'un composant sur une masse, vers un composant qui se trouve sur une autre masse. Cette boucle signal/masse va se comporter comme une spire et capter les champs magnétiques environnants par inductance mutuelle. Mieux vaut un fort maillage des masses (Multipoint ground) ou un plan de masse unique (un maillage poussé à l'extrême) avec un placement stratégique des composants.

[bobflux]

Sur le pdf on ne voit pas les composants, il vaudrait mieux un screenshot du logiciel de layout.

Il n'y a pas de plan de masse sur ta carte, il y a du "copper pour", c'est différent : un plan a une impédance beaucoup plus faible.

[invite96766349]

Bonjour,

Les règles théoriques de la CEM sont souvent mal interprétées ce qui provoque souvent des désillusions pour les débutants quand ils passent à la phase pratique.
Par exemple on ne considère pas de la même manière une réalisation avec un PCB en simple face, un PCB en double face et un multicouches dans la mise en pratique.

Pour ce qui concerne les alimentations à découpage le routage est bien plus primordial encore qu'en TBF, la règle qui prédomine est de n'avoir aucune boucle afin qu'aucun couplage inductif ne puisse venir contaminer une boucle de régulation notamment.
Dans la réalité il y a des distances ou des contraintes qui imposent de voir les choses différemment en commençant par distinguer les zones à fortes commutations des zones à grandes impédances, les zones à forts di/dt des zones de commandes.
Par exemple dans un PFC de 5kW l'encombrement des dissipateurs, le nombre de transistors, la taille des inductances, etc impose de bien séparer les genres sinon ça ne fonctionnera pas du tout, voir ça partira en petits morceaux avec pertes et fracas.
Pour parer certains types d'aménagements imposés il sera utile d'adapter le routage, d'ajouter des ferrites et des découplages, d'orienter certains composants par rapport à d'autres, de séparer certains composants pour limiter leurs champs d'influences.

Le plan de masse unique avec tout le monde dessus au même niveau est à proscrire pour des alimentations à découpage, sauf cas très particulier notamment en basse puissance (DC-DC < 50W) et que l'on cherche l'économie, mais ça reste un cas particulier et non pas la règle.
Par exemple si on jette un oeil sur cette réalisation de routage ci-dessous (PFC de 5kW) on constatera que le plan de masse puissance est bien distinct du plan de masse signal, pour justement éviter cette contamination des forts di/dt des transistors MOS sur les zones à grandes impédances du circuit de commande situé dans la zone GND signal.

PFC GND.JPG

En matière d'alimentations il n'y a pas une seule règle à suivre mais beaucoup qui parfois se contredisent il faut alors faire des compromis, chaque cas est particulier et selon les objectifs économiques généralement, mais en tout cas ce qui est certain c'est que les masses signaux et les masses puissance ne sont jamais communes sur un même et unique plan de masse.
Aujourd'hui le 4 couches et le 6 couches prédominent dans les alimentations de qualité, les zones de champs d'influence sont plus facilement circonscrites.

GND_routing.JPG

Si vous ouvrez un ampli classe D de grandes marques vous constaterez que les PCB sont réalisés avec des masses signaux et puissance bien distinctes, les 2 reliés en commun en étoile sur un point de référence stable, même si parfois ce point devient plus large qu'un simple point.

[invite96766349]

.

Pièce jointe 483378

Ton dessin montre une configuration GND digital et GND analogique où les choses sont encore différentes des contraintes rencontrées en électronique de puissance.

[Vincent PETIT]

Tu as parfaitement raison SynergiC.
Dans une alim a découpage les problèmes dominants sont autres et c'est un compromis différent qui sera choisi.