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[Terminé] Micro-alimentations secteur isolées



  1. #1
    Tropique

    [Terminé] Micro-alimentations secteur isolées


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    Hello,

    Dans ce projet, je vais vous montrer comment construire des alimentations de très faible puissance, sûres, fiables et économiques, en toute sécurité.
    En plus des schémas et calculs, je vais inclure au cours des prochaines semaines, la procédure de construction détaillée et illustrée par des photos.
    En effet, pour ce projet, l'aspect mécanique/implémentation pratique est aussi important que l'aspect électronique, particulièrement en ce qui concerne la sécurité.
    Ne vous précipitez donc pas trop vite pour l'entreprendre, attendez d'avoir toutes les informations en main avant de vous lancer, votre sécurité en dépend.

    Domaine d'application:
    Il est fréquent que l'on ait besoin d'une source de puissance très modeste pour alimenter des circuits de veille, de mesure, de domotique, de charge d'accus, etc pour lesquels l'utilisation de piles est exclue en raison d'un fonctionnement permanent. Pour ce genre d'applications de moins de 1 watt, les alimentations à condensateur semblent idéales: elles sont économiques, fiables, légères, et ne consomment que la puissance nécéssaire.
    Malheureusement, elles ont un gros inconvénient, elles sont reliées galvaniquement au secteur. Il y a des cas où ce n'est pas gênant, mais d'autres où, au contraire, c'est tout à fait rédhibitoire: soit il y a des connections vers l'extérieur, soit il y a déjà des potentiels fixés, comme pour l'alimentation des commande de gate de transistors sur le "high side".
    Dans ces cas, la seule option pour l'amateur est d'utiliser un transfo, ce qui n'est pas très attractif, en raison du poids, de l'encombrement et de l'échauffement (les petits transfos ont un rendement médiocre).

    La voie de l'alim à découpage est totalement irréaliste, voire suicidaire pour l'amateur: il faut savoir calculer les paramètres magnétiques du transfo, se procurer le noyau adéquat, et maitriser tous les problèmes liés à la confection du bobinage, isolation, écrans, inductance de fuite. Et que l'on ne s'imagine pas que la faible puissance facilite les choses: au contraire, lorsqu'on passe sous 5W, les problèmes deviennent de plus en plus difficiles: il faut plus de spires, qui ont une capacité plus élevée, l'espace disponible diminue mais pas les distances de sécurité, bref un vrai casse-tête auquel il vaut mieux ne pas se frotter, d'autant plus que même si l'on surmonte ces difficultés, on aura créé un monstre de pollution radio-électrique.

    Donc apparemment, en résumé, il n'y a pas de "bonne" solution pour ce créneau? Peut-être pas, mais il existe une solution acceptable, c'est celle qui sera décrite ici. Le circuit proposé n'est ni une alim à condensateur, ni un convertisseur, ni une alim linéaire, mais une espèce d'hybride, fruit des amours coupables de ces trois variétés (!)
    La solution retenue est donc loin d'être parfaite, mais elle n'a pas d'inconvénient "qui tue", et elle est réalisable par un amateur soigneux et attentif, avec des composants non critiques et facilement disponibles.
    En résumé: un compromis raisonnable.

    A bientot pour la suite....

    -----
    Pas de complexes: je suis comme toi. Juste mieux.

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  3. #2
    louloute/Qc

    Re : Micro-alimentations secteur isolées

    Je salive à l'avance!
    男人不坏,女人不爱

  4. #3
    Tropique

    Le schéma

    On continue...

    A gauche, le secteur entre sur une alim capacitive classique: C4 est le condensateur dont on emploie la réactance, R3 sert à limiter les pics de courant à la mise sous tension, R4 (optionelle) sert à décharger le condensateur quand l'alim est débranchée. Le courant est ensuite redressé par le pont D1 à D4, et filtré par C6.
    En 230V/50Hz, le courant délivré vaut 6.5mA par 100nF; cette valeur est presque indépendante de la charge, puisque l'on va travailler avec des tensions relativement faibles.
    Normalement, ce type d'alimentation exige une zener en sortie pour fixer la tension, puisqu'on a affaire à un générateur de courant. Ici, la zener est virtuelle, c'est la zener placée au secondaire qui est "réfléchie" au primaire et joue ce role. La tension résultante aux bornes de C6 est d'environ 50V.

    Cette tension alimente le coeur du montage, un oscillateur de type Colpitts construit autour de Q1, variante émetteur à la masse.
    Le bobinage primaire, L1 forme un filtre en pi avec C1 et C2, permettant d'obtenir à la résonance un déphasage de 180° entre base et collecteur.
    R2 polarise la base et permet, avec le condensateur de liaison C3, un fonctionnement en classe C à polarisation automatique qui rend le circuit relativement indépendant des paramètres du transistor utilisé.
    R1 permet le passage du courant d'alimentation sans court-circuiter le signal de réaction positive.
    La sortie est prélevée par un double secondaire bobiné sur la self oscillatrice; cette configuration permet accessoirement d'économiser deux diodes, mais a surtout été choisie pour limiter la pollution électromagnétique.
    Le signal, d'une fréquence de 3 à 4MHz, est redressé par D5 et D6 et filtré par C5. La zener D7 limite la tension, et est choisie en fonction de la tension de sortie désirée.
    Comme on peut le voir, tout cela est extrêmement simple, et n'utilise que des composants courants. Je reviendrai plus tard sur le choix de certains composants, qui doivent répondre à des critères bien précis.
    Beaucoup sont sans doute déjà en train de s'interroger à propos de la self; elle joue un rôle central et risquerait d'être Le point d'achoppement majeur de ce projet.
    Ce n'est pas le cas: c'est une self simple, que l'on va bobiner soi-même, sans utiliser de noyau, ferrite, ou autre circuit magnétique. L'utilisation d'une self à air pénalise quelque peu le rendement, mais élimine les problèmes d'approvisionnement.
    Voila, comme dit dans l'introduction, c'est bien un circuit hybride: une alim capacitive, un oscillateur qui est une sorte de convertisseur auto-oscillant "doux", et un régulateur shunt pour finir.

    Cette approche un peu bizarre a pas mal d'avantages:
    -On évite de devoir affronter le 320V DC d'une "vraie" alim à découpage.
    -On travaille à une fréquence très élevée qui permet un transfo minuscule, avec non seulement l'avantage de l'encombrement, mais aussi d'un très faible couplage capacitif entre primaire et secondaire.
    -La tension est seulement de 100V càc, presque sinusoidale, beaucoup moins polluante que les 600V carrés d'une SMPS et leur flancs féroces, générateurs d'interférences.
    -Si quelque chose va de travers, pas de souci, l'alim capacitive limite gentiment le courant, sans fumée, explosions, éclairs ou autres "effets spéciaux".
    Le post suivant sera consacré à la self, composant crucial dont vont dépendre les performances et la sécurité du montage.
    A suivre....
    Fichiers attachés Fichiers attachés
    Dernière modification par gienas ; 19/10/2007 à 13h13. Motif: Changé de pdf
    Pas de complexes: je suis comme toi. Juste mieux.

  5. #4
    Tropique

    Bobinage de la self

    Attaquons le plat de résistance...

    La self est l'élément le plus important de ce circuit: c'est d'elle que vont dépendre les performances comme le rendement, mais surtout, elle va assurer la séparation galvanique entre le côté secteur et le côté utilisation.
    Il va donc falloir la réaliser avec le plus grand soin, et en utilisant les matériaux adéquats.

    Toute la sécurité du montage repose sur ce composant. Ne prenez aucun risque, votre sécurité et celle d'autrui dépendent de la réalisation correcte de cette self.
    Si vous ne comprenez pas parfaitement les instructions qui vont suivre, il ne faut pas continuer. Soit vous demandez des explications complémentaires, soit votre niveau est insuffisant pour mener un tel projet à bien, et dans ce cas, il est préférable d'abandonner plutot que de s'obstiner en prenant des risques.


    Fournitures
    Passons d'abord en revue le matériel dont vous aurez besoin.

    Il faut un support (mandrin). Bien qu'elle soit qualifiée de "self à air", il faut un support matériel pour réaliser le bobinage, vu que le fil est trop fin pour se supporter tout seul.
    Ici, on va prendre un objet cylindrique, d'un diamètre (non critique) d'environ 6mm. La caractéristique la plus importante de ce support est d'être un bon isolant; pas question de prendre du bois p.ex. En général, ce sera du plastique, mais du verre ou de la céramique (stéatite) seraient aussi envisageables.
    La plupart des plastiques conviennent parfaitement, mais il est souhaitable d'éviter certaines matières présentant des pertes diélectriques importantes qui affecteraient le rendement. Dans ces matières, il y a tous les "thermodurcissables": bakélite, ébonite, mélamine, matériaux phénoliques, etc. Ils sont faciles à reconnaitre, ils ne fondent pas au contact d'un fer à souder.
    Dans les thermoplastiques, il vaut mieux éviter ceux qui ont des charges minérales importantes: c'est fréquemment le cas du PVC (comme pour les tuyaux d'évacuation). On peut avoir des soupçons quand le matériau est terne, gris, opaque et anormalement lourd.
    Parmi les sources possibles, on peut citer les entretoises (buselures) isolantes, des éléments de porte-mine, des tubes pour air comprimé ou autre, ou comme ici, un axe de potentiomètre en plastique.

    Ensuite, il faut du fil émaillé, d'un diamètre de 0.2mm environ; ce n'est pas critique non plus, et on peut aller de 0.15 à 0.25mm sans gros inconvénient. Ici, c'est du 0.22 qui a été utilisé pour le primaire et le secondaire. Si on recherche un rendement maxi, on peut utiliser du fil plus fin pour le secondaire, p.ex. 0.1mm.
    Il ne faut pas une grande quantité, on devrait s'en sortir avec moins de 2m.

    Pour les sorties du fil, il faut des gaines souples de couleurs différentes, adaptées au diamètre du fil (p.ex. dénuder un morceau de fil fin, genre wrapping)

    Il va également falloir un tube de colle cyanoacrylique pour bloquer les bobinages; on peut s'en sortir sans, mais c'est beaucoup moins confortable.

    Enfin, il faut un isolant pour assurer la séparation entre primaire et secondaire. Là, pas question de prendre le premier "scotch" venu, c'est une barrière de sécurité qu'il s'agit de faire, et il faut choisir une matière adéquate.

    Ce qui convient:
    -Ruban adhésif mylar (polyester)
    -Gaine thermorétractable haute température en polyoléfines irradiées ou réticulées
    -Toile isolante (de la vraie toile, textile, à base de nomex ou matière similaire)
    -Tous les matériaux servant à faire des couches intercalaires dans les transfos, mylar non adhésif, teflon (pas du teflon pour plomberie) etc.
    A titre d'exemple, les sachets anti-éclaboussure pour rotir au four sont en mylar (attention, ne pas confondre avec les films pour micro-ondes).

    Ce qui ne convient pas:
    -Ruban adhésif d'électricien en vinyl (PVC)
    -Ruban adhésif transparent pour bureau, scotch, etc
    -Films plastique alimentaires divers
    -Teflon pour étanchéité
    -Gaine thermorétractable basse température en PVC

    Dans les photos, il y a quelques exemples:
    Dans "bon", on voit, de gauche à droite, de l'adhésif mylar, des gaines thermo, de la toile isolante.
    "mauvais" est sans commentaire.
    "bof" est un ruban de papier adhésif; s'il est de bonne qualité, fin, résistant dense et fibreux, c'est un pis-aller acceptable si on a pas réussi à trouver autre chose (mettre 3 couches, par sécurité). Pas question cependant d'utiliser du papier crêpé épais et mou.

    On continue après la pause....
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  6. #5
    Tropique

    Bobinage de la self, suite

    On reprend...

    D'abord une petite explication. Pourquoi cette fixation maniaque sur le choix de l'isolant?
    Diverses matières, comme le vinyl sont affectées d'un phénomène appelé "fluage". Un corps apparemment solide se comporte à long terme comme si il était pâteux. Si ce genre de matériau est utilisé pour séparer les couches d'un bobinage, le fil de la couche du dessus va continuellement presser sur l'isolant, à cause de la tension qui a été donnée au fil lors du bobinage. A la longue, le fil va "s'enfoncer" dans le vinyl, jusqu'à le perforer.
    Si la température est plus élevée, le phénomène va beaucoup s'accélérer.
    Le résultat, c'est que l'isolation ne reposera plus que sur les quelques millièmes de mm d'émail dont le fil est recouvert. Quand la vie ne tient qu'à un fil....

    Commençons le bobinage du primaire. Nous allons mettre un total de 50 spires (non critique) réparties en deux couches superposées.
    Pour le bobinage, on peut procéder de sa manière favorite, en s'aidant de machines si on en dispose, ce qui compte est le résultat.
    Pour ma part, pour de petits bobinages, je trouve pratique de fixer le support dans quelque chose de fixe et ferme, comme un mandrin de perceuse à l'arrêt, ou un étau de table comme ici.
    On prépare la manoeuvre en enfilant la gaine de couleur sur le fil, on fixe l'extrémité du fil et on positionne le départ du fil avec le début de la gaine sur le support (voir photo "début").
    On dépose une goutte de colle sur le départ du fil, et on en étale un peu sur la longueur du support où l'on va bobiner; de cette façon, les spires seront fixées au fur et à mesure du bobinage (mais il vaut mieux ne pas faire d'erreur, ça se colle vite).
    Bobiner soigneusement, à spires bien jointives.
    Arrivé au bout des 25 spires de la première couche, ajouter un tout petit peu de colle sur la fin du bobinage, et attendre 20 à 30s qu'elle prenne.
    Ensuite, bobiner la deuxième couche sur la première, en sens inverse (photo "primaire").
    Arrivé une ou deux spires avant la fin, couper le fil et enfiler la deuxième gaine, d'une couleur différente.
    Terminer le bobinage en incluant quelques mm de gaine sur le bobinage; mettre un peu de colle pour bloquer fil et et gaine et attendre qu'elle prenne.
    A suivre.....

    PS: Je n'ai pas réussi à mettre les photos, ni en jpg ni en gif, ni en format réduit, si un modérateur peut voir ce qui cloche avec le forum, il m'annonce à chaque fois que ce n'est pas un fichier image valide. Je réessayerai tout à l'heure.
    Pas de complexes: je suis comme toi. Juste mieux.

  7. A voir en vidéo sur Futura
  8. #6
    Tropique

    Re : Micro-alimentations secteur isolées

    Ouf, ça y est: je les ai uploadées une par une au lieu de faire les trois d'un coup, et Vbulletin les a digérées.
    A bientôt pour la suite....
    Images attachées Images attachées
    Pas de complexes: je suis comme toi. Juste mieux.

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  10. #7
    Tropique

    Re : Micro-alimentations secteur isolées

    Suite...

    Lorsque le bobinage est bien stable, on peut mettre l'isolation primaire/secondaire. Si on utilise du ruban ou du film, il faut qu'il y ait au moins deux épaisseur sur toute la surface du bobinage. Il est important que l'isolation déborde de plusieurs mm à chaque extrémité de la self. Ici, j'ai utilisé de la gaine thermo, et on peut voir (isolation) qu'elle enveloppe complètement le bobinage.

    Ensuite, on peut démarrer le secondaire. Il va falloir que les fils sortent du côté opposé au primaire. Pour se faciliter la vie, on peut utiliser un truc de bobineur: on découpe une fine (2~3mm) lanière de ruban adhésif (qui peut être du simple scotch sans qualités particulières) que l'on pose sur les fils que l'on s'apprête à bobiner; une extrémité doit dépasser de 2 ou 3mm (voir 1ere spire). On replie cette extrémité autour des fils, et on plie ceux-ci à angle droit juste après la lanière.
    On peut alors positionner cet ensemble sur le corps de la self, avec les fils positionnés au bon endroit. La partie adhésive de la lanière va faciliter le maintien en place jusqu'à ce que la lanière soit prise sous les premières spires et immobilise l'ensemble de façon fiable; on peut mettre une goutte de colle sur le départ et l'étaler sur la surface à bobiner avant de continuer (voir départ).
    Le bobinage est réalisé en bifilaire, pour pouvoir créer le point milieu.
    Le nombre de spires va dépendre de la tension secondaire souhaitée. Le but est d'arriver à ce que le primaire se stabilise vers 50V avec la zener de sortie; en raison du couplage imparfait primaire/secondaire, il n'y aura pas une relation rigide 1:1 entre tensions primaire et secondaire.
    Au primaire, avec les 50 spires on aura environ 1V/spire, et au secondaire, ce sera en moyenne 25% plus faible.
    Donc ici, dans l'exemple, si on désire remplacer une pile de 9V, on va mettre une zener de 8.2V (il n'est pas nécéssaire de monter à 9V exactement, les circuits alimentés ont toujours une marge de régulation). Avec la tension des diodes du secondaire, cela fait 8.8V. Multiplié par 1.25, pour incorporer le coéfficient de couplage, cela donne 11V d'équivalent primaire, donc 11spires.
    Il faut essayer de bien répartir ces spires sur toute la surface du primaire.
    Lorsqu'on arrive au bout, on arrête le bobinage avec une goutte de colle, on replie les fils par dessus le bobinage pour les faire sortir côté secondaire. On peut alors couvrir l'ensemble avec quelques tours d'adhésif, qui ne doit pas avoir de qualités particulières.
    Pour le secondaire, on n'a pas utilisé de gaines pour les fils, parce qu'il n'est pas nécéssaire de les repérer, mais on peut le faire si on le souhaite. L'isolation est garantie par la barrière entre primaire et secondaire cependant.

    A suivre....
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    Dernière modification par gienas ; 19/10/2007 à 08h26. Motif: Nouvel ordre images
    Pas de complexes: je suis comme toi. Juste mieux.

  11. #8
    gienas

    Re : Micro-alimentations secteur isolées

    Citation Envoyé par Tropique Voir le message
    ... uploadées une par une au lieu de faire les trois d'un coup, et Vbulletin les a digérées ...
    C'est vrai que, depuis quelques temps, il faut être un peu patient, et ne pas hésiter à recommencer.

    On ne sait pas vraiment pourquoi, mais on espère trouver, un jour. C'est parfois un peu énervant, mais pas vraiment grave.

  12. #9
    Tropique

    Sélection des composants

    Terminons-en avec la self....

    La self est à peu près terminée (photo), il reste à étamer les sorties, de façon à pouvoir identifier les enroulements du secondaire à l'ohmmètre, pour les connecter en série (photo: soudée).


    Nous allons maintenant nous intérésser aux autres composants.

    R4 doit supporter les 230V du secteur, raison pour laquelle une 1/2W est spécifiée, bien qu'elle dissipe nettement moins (la valeur exacte n'est pas du tout critique).
    R3 est de préférence un modèle fusible, ou éventuellement bobiné; une résistance quelconque à film est acceptable, mais pas une agglomérée. On peut éventuellement réduire sa valeur pour diminuer la puissance dissipée (mais on doit garder un modèle 1W), particulièrement si on choisit une forte valeur pour C4, mais si l'on passe sous 470ohm, il faudra des diodes plus robustes que les 1N4148.
    C4 doit impérativement être un modèle de classe "X", prévu pour la connection directe sur le secteur. Des condensateurs "normaux", même de 1000V de tension nominale, ne sont pas fiables à long terme pour ce type d'applications et risquent de causer des incendies.
    Ces condensateurs sont faciles à reconnaître, ils portent les sigles de tous les organismes de sécurité par lesquels ils ont été agréés.
    La valeur doit être choisie en fonction de la puissance de sortie souhaitée: nous avons vu précédemment que le courant valait 6.5mA par 100nF; comme la tension d'alimentation primaire est de 50V, cela représente environ 300mW. Evidemment, on ne retrouvera pas toute cette puissance à la sortie: le rendement est environ de 50% si tout a été fait correctement, on aura donc 150mW, et dans notre exemple, avec 8.2V de sortie, cela donnera 18mA.
    Lors du dimensionnement, il ne faut pas tabler sur un rendement de 50%, mais plutot de 40% voire un peu moins: le rendement réel va dépendre de nombreux paramètres, et pourra se situer quelques points au-dessus ou en-dessous de cette valeur. De plus, le rapport de transformation réel va dépendre du degré de couplage entre les enroulements, et il se peut que l'on n'arrive pas exactement à la valeur cible de 50V, ce qui réduira éventuellement la puissance disponible, même si le rendement est nominal. Enfin, il faut tenir compte des tolérances sur la tension secteur, les composants, etc. Il ne faut donc pas avoir peur de viser large, tout ce que l'on risque en surdimensionnant est de dissiper quelques dizaines de mW supplémentaires dans la zener.
    Les valeurs "normales" pour C4 vont de 100nF à 330nF, éventuellement extensibles à 47nF et 470nF. Avec moins de 100nF, l'essentiel de la puissance consommée va servir à maintenir les 100V càc aux bornes du circuit résonant, et le rendement, donc la puissance disponible en sortie va s'effondrer; on peut éventuellement réduire la tension d'alim, p.ex. à 40V. Avec plus de 330nF, on commence à sortir du domaine "faible puissance", et la dissipation dans la self et le transistor vont augmenter, nécéssitant probablement un modèle plus gros pour Q1 (avec peut-être un clip de refroidissement).
    D1 à D4 pourraient être remplacées par un pont miniature de 0.3A/100V.
    C6 est proportionnel à la puissance.
    R2 est inversément proportionnelle à la puissance.
    C1 doit être un modèle à faibles pertes: polystyrène, polypropylène, céramique COG/NP0, mica, etc.
    C2 est moins critique, mais si on sait se le procurer de la même qualité que C1, c'est préférable.
    C3 n'est pas critique.
    Q1 devrait idéalement pouvoir tenir 100V, le BC546 est donc un peu juste, et on peut substituer d'autres types, mais il faut aussi qu'il ait des propriétés HF décentes et des capacités raisonablement faibles. Des transistors de tension plus élevée, comme le 2N5551 sont moins bons sur ces aspects. On peut essayer de faire son "shopping" pour trouver le modèle idéal dans les catalogues de fournisseurs, il y a un choix presque infini.
    C5 est un modèle céramique, et peut éventuellement être augmenté, ou doublé d'un tantale pour diminuer encore le ripple en sortie.
    D7 devrait idéalement pouvoir tenir toute la puissance de sortie, dans la plupart des cas, un calibre de 400mW sera suffisant.

    A suivre....

    PS: le PDF modifié est dans les attaches
    Images attachées Images attachées
    Dernière modification par gienas ; 19/10/2007 à 13h16.
    Pas de complexes: je suis comme toi. Juste mieux.

  13. #10
    chatelot16

    Re : Micro-alimentations secteur isolées

    l'idée d'utiliser un condensateur pour reduire la tension du transistor d'une petite alim a decoupage est originale

    mais ton oscillateur hf va avoir un rendement bien triste

    et tant qu' avoir un oscillateur autant l'adapter au courant constant donné par le condensateur : ne pas bourrer betement dans la zener en sortie

    un oscillateur habituel est fait pour consommer le moins de courant possible : mais on peut faire le contraire un oscillateur dont le transistor court circuite l'alimentation et ne s'ouvre que quand il faut donner de l'energie au bobinage

  14. #11
    chatelot16

    Re : Micro-alimentations secteur isolées

    l'idée de compter sur la zener de sortie pour limiter la tension au primaire est vraiment scabreuse : chaque fois que l'oscillateur demarera mal la tension va monter et le transistor sera mort

  15. #12
    Codi19

    Re : Micro-alimentations secteur isolées

    Salut

    C'est vrai que le trans risque de se prendre une sacré DDP.
    Ce que je ne voie pas bien c'est que malgrès tout ce lontage il faut que le trans fasse oscillet le transfo pour ne pas claquer.
    Ce montage de marche ou crève opur le trans n'est pas très convaiquant.
    De plus si la self oscille sans arret pourquoi faire un découpage.

    Mais soyont objectif.
    La tension DC devrait commander l'oscillation du trance pour que l'enssemble
    chauffe un minimum.Inutil de consomer si ya rien en DC !
    Le fait de vouloir faire du découpage par oscilation pourquoi pas mais le trance s'échauffe (VCE*IC) c'est pourquoi en découpage on fait de la saturation en non du linéaire c'est le même problème pour un proce il s'echauffe du au temp de monté du trans.

    L'isolation galvanique rien a dire Ok
    la partie redrèsement secteur OK
    partie DC OK
    en suite la ou je ne suis pas d'accord c'est la non asservicement du montage en fonction du niveau DC.
    Ou celui la est constant ou il varie est tu te retrouve avec une insufisance en DC.
    J'y aurai mis un photo diode pour commander l'activation ou non.
    En suite les pwm produisent effectivement un rayonement parasite du au hachage dans les self, mais tu peut laisser oscliler la self tu n'est pas obligé d'y envoyer un pain en acordant celle ci d'un coté ou de l'autre du transfo.

    je vais regarde de mon coté comment commander un amortisement en fonction de DC
    L'imagination est l'outil le plus proche de la vérité.Mef quand même !

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  17. #13
    Tropique

    Re : Micro-alimentations secteur isolées

    Citation Envoyé par chatelot16 Voir le message
    l'idée d'utiliser un condensateur pour reduire la tension du transistor d'une petite alim a decoupage est originale

    mais ton oscillateur hf va avoir un rendement bien triste
    Il a effectivement un rendement assez triste: environ 50% au maximum, si on ne veut pas se prendre la tête, et souvent moins (bien qu'en chipotant pas mal, il soit possible de monter à 70%).
    Quand on compare ces valeurs aux 95% que peuvent atteindre une bonne alim à découpage, c'est plutôt minable. Seulement, il y a un certain nombre de choses à considérer: un controleur SMPS typique va avoir besoin de 0.5mA pour fonctionner; sous 320V, ça fait déjà 160mW. Pour que le transistor de découpage puisse appliquer les 600Vcàc au primaire du transfo, il faudra au moins le double, pour charger et décharger les capa parasites, vaincre les pertes fer du noyau, plus la puissance perdue dans le snubber.
    On est à 480mW, et on a pas encore commencé à fournir le moindre mW vers l'extérieur. Ensuite, quand on va commencer à débiter réellement, il y aura les pertes "normales", Vf des diodes, etc.
    Si on compare avec l'exemple proposé, qui permet environ 100mW exploitables, il faudra à peu près 600mW pour y arriver, contre 300mW actif dans l'exemple.
    Donc en définitive, ce n'est pas si mal que ça. Et puis, le but de ce circuit est simplement d'assurer la présence d'une alimentation, qui sera généralement déjà bien supérieure aux besoins du circuit à alimenter. Si on prend un exemple d'application réelle, l'alimentation d'un petit module millivoltmètre LCD, on a besoin d'une tension flottante, avec un courant typique de 1mA.
    Même pour un courant aussi ridicule, on va être obligé de prévoir un enroulement de transfo supplémentaire; ce n'est pas très satisfaisant, pas plus que l'utilisation d'une pile.
    Quant aux transfos de moins de 1VA, ils existent mais ont un rendement consternant et une très mauvaise fiabilité à cause du fil primaire de qques centièmes et de leur auto-échauffement.
    Je suis tout à fait conscient que c'est une solution batârde, et je l'ai déjà signalé:
    Donc apparemment, en résumé, il n'y a pas de "bonne" solution pour ce créneau? Peut-être pas, mais il existe une solution acceptable
    C'est une solution réaliste, même si elle n'est pas très élégante, et elle a aussi les avantages de la simplicité, du prix, de la sécurité, de la robustesse et de l'accessibilité aux amateurs: pas de pièces spécifiques ou introuvables.

    et tant qu' avoir un oscillateur autant l'adapter au courant constant donné par le condensateur : ne pas bourrer betement dans la zener en sortie
    C'est exactement ce qui est fait: une alim à courant constant nécéssite une limitation de tension quelque part, et tant qu'à "bourrer bêtement dans une zener", il vaut mieux prendre la solution ayant le plus d'avantages objectifs. Si la zener est mise en amont, en parallèle avec le condensateur de filtrage, celui ci sera inévitablement imparfait. L'oscillateur va transformer cette tension avec un degré d'incertitude, et va aussi ajouter l'équivalent d'une résistance série supplémentaire. La tension de sortie sera donc approximative, aura de l'ondulation à 100Hz, et va varier en fonction de la charge.
    Si on place la zener en en sortie, on aura conceptuellement l'équivalent (redresseur)+(filtre à capa en tête)+(résistance ballast)+(zener), le role du ballast étant joué par la résistance interne de l'oscillateur.
    Le fait de mettre ce ballast entre le filtre et la zener, plutôt qu'en série dans la sortie va permettre d'améliorer énormément la régulation et l'élimination de l'ondulation, tout en ayant une sortie précisément égale à la zener. Et celle-ci n'aura au maximum à dissiper que la puissance de sortie, et non toute la puissance brute d'entrée
    un oscillateur habituel est fait pour consommer le moins de courant possible : mais on peut faire le contraire un oscillateur dont le transistor court circuite l'alimentation et ne s'ouvre que quand il faut donner de l'energie au bobinage
    C'est un oscillateur bloqué utilisé en flyback; c'est évidemment possible aussi, mais il faut soit un enroulement de réaction supplémentaire, soit un circuit de controle extérieur. En plus, c'est difficile à faire avec une self à air, et c'est beaucoup plus polluant qu'un oscillateur sinusoidal.

    l'idée de compter sur la zener de sortie pour limiter la tension au primaire est vraiment scabreuse : chaque fois que l'oscillateur demarera mal la tension va monter et le transistor sera mort
    En réalité, c'est le contraire: par défaut, la polarisation automatique fait conduire le transistor plus que nécéssaire, et si pour une raison ou l'autre les oscillations ne démarrent pas ou s'arrêtent, la tension monte à bien moins que 50V.

    Je profite de ce post pour répondre à l'objection de Daudet78:
    Vous avez reçu un nouveau message privé sur Forum FS Generation de la part de DAUDET78, appelé « Re : R4 1MO ».

    Ceci est le message qui a été envoyé :
    ***************
    Travailler à 325V pour un max de 350V, c'est travailler sans filet. Alors qu'il est si simple (et pas plus cher) de travailler proprement.
    Enfin, c'est juste mon humble avis
    A+
    ***************
    Les résistances courantes de 0.50W type CR50 sont généralement spécifiées à 350V maximum, DC ou rms. Ici, contrairement à la résistance de démarrage d'une SMPS p.ex., on travaille en AC; par rapport à 230V, on dispose donc d'une marge de plus de 50%, ce qui me parait correct pour une pièce non-essentielle. Bien sûr, rien n'empêche de prendre des marges supplémentaires, mais si on veut être cohérent, il faut aussi appliquer le même standard d'overdesign à tous les autres composants, sinon ça n'a pas beaucoup de sens.
    A+
    Pas de complexes: je suis comme toi. Juste mieux.

  18. #14
    DAUDET78

    Re : Micro-alimentations secteur isolées

    Citation Envoyé par Tropique Voir le message
    on travaille en AC; par rapport à 230V, on dispose donc d'une marge de plus de 50%,
    ben non. La résistance reçoit 230V AC donc 230V*1,4142=325V
    Pour une 1/2W la marge de sécurité est de 7%. Si on met deux résistances de 470K 1/4W en série (pas plus cher), la marge de sécurité est de 50%
    J'aime pas le Grec

  19. #15
    DAUDET78

    Re : Micro-alimentations secteur isolées

    "La plupart des fabricants spécifient la CR50 à 350V (DC ou RMS)" non, il spécifie un "Working voltage" sans spécifier
    J'aime pas le Grec

  20. #16
    Tropique

    Re : Micro-alimentations secteur isolées

    Citation Envoyé par DAUDET78 Voir le message
    "La plupart des fabricants spécifient la CR50 à 350V (DC ou RMS)" non, il spécifie un "Working voltage" sans spécifier
    Sous-entendu l'un ou l'autre; certains fabricants se donnent la peine de le préciser:
    http://www.phoenixpassives.com/resis...r25s_cr25p.pdf
    Mais en fait cette spéc. (limiting voltage) est basée à l'origine sur IEC115-1,2 et est donc à la base en AC seulement (exemple databook Philips/MBLE CM2A 10-77).
    Cependant la majorité des fabricants offrent une spéc. étendue au DC également.
    Cela dit, si ça t'empêche de dormir, rien ne t'empêche de mettre deux résistances.
    Pas de complexes: je suis comme toi. Juste mieux.

  21. #17
    DAUDET78

    Re : Micro-alimentations secteur isolées

    Bof, c'est pas mon problème. Je parle par expérience et je trouve dommage de construire un projet avec un truc vérolé au départ. On a déjà assez d'embêtement avec les Grimlings non prévus .......
    J'aime pas le Grec

  22. #18
    Tropique

    Construction

    Voici les points importants à tenir à l'oeil lors de la construction:

    Le point le plus important est de garder une bonne séparation entre primaire et secondaire. Pour celà, il faut ménager un espace d'environ 10mm libre de tout composant, piste ou accessoire conducteur entre les deux côtés. Dans la photo "microtop", tout ce qui est à gauche de la plaquette est relatif au primaire, condensateur de sécurité, oscillateur, etc.
    La partie droite contient les élements du secondaire, càd pas grand chose.
    Le seul "pont" entre ces deux parties est la self.
    Un autre point important est de garder une distance suffisante (5mm p.ex.) entre le point chaud de C4 (entrée secteur) et le reste du montage, afin d'éviter tout risque de "flash-over". Bien entendu, au niveau d'un circuit imprimé complet toutes ces précautions doivent être respectées: le circuit alimenté fait partie du secondaire, et doit être séparé de tout ce qui est raccordé au secteur (il se peut qu'il y ait aussi un triac ou d'autres choses côté primaire).
    Il faut également que le cordon secteur soit bien fixé, en plus des soudures des cables sur le circuit. La self également doit être fixée (les fils sont trop fins pour cela). Cela peut être fait par collage, ou avec un collier ou lien plastique; n'employer que des isolants.
    Si le boitier est métallique (à éviter), il faut une distance suffisante entre celui-ci et tout composant du primaire, et il faut insérer une feuille isolante entre boitier et circuit, de façon à ce qu'un corps étranger comme une vis ou autre ne puisse faire de contact accidentel.

    A part ces aspects sécurité, il faut encore veiller à d'autres choses:
    Le fil de départ du primaire (qui débute la 1ère couche et qui a été repéré lors de la confection par une gaine colorée) doit être raccordé au collecteur de Q1. C'est important pour limiter l'émission de parasites.
    Enfin, il faut une distance de garde autour de la self, de préférence égale à son diamètre (6mm), et au strict minimum à la moitié, car en l'absence de circuit magnétique pour canaliser le flux, tout objet plus ou moins conducteur à proximité va être le siège de pertes qui vont dégrader le rendement.
    C'est également vrai pour les pistes, mais en principe si on a respecté les règles de sécurité, ce point est déjà conforme. Voir la photo "microbot", les pastilles cuivrées ont été nettoyées.

    A suivre....
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    Pas de complexes: je suis comme toi. Juste mieux.

  23. Publicité
  24. #19
    Codi19

    Re : Construction

    Effectivement ça tiend pas de place !
    pourquoi ne pas le mouler dans une résine.
    L'imagination est l'outil le plus proche de la vérité.Mef quand même !

  25. #20
    Tropique
    Citation Envoyé par Codi19 Voir le message
    Effectivement ça tiend pas de place !
    pourquoi ne pas le mouler dans une résine.
    C'est effectivement le but, et en plus ça simplifie les problèmes d'isolation/sécurité.


    Voyons maintenant un autre chapitre important: les interférences et leur réduction.


    Comme il a été dit précédemment, ces problèmes sont largement réduits par rapport à une alim à découpage conventionelle. Ils sont cependant présents, et il y a des cas où ils pourront se montrer gênants, il donc faut savoir comment s'y attaquer.
    Voyons d'abord quelle est leur nature.
    Le circuit est un oscillateur haut niveau (~100V càc) et haute fréquence (~4MHz) qui pourrait donc facilement se transformer en émetteur.
    D'autre part, il pourra aussi y avoir des interactions avec les circuits alimentés.
    Analysons d'abord le premier cas, le circuit isolé considéré comme émetteur radio.
    Il y a deux mécanismes qui vont contribuer au rayonnement parasite: le couplage électrostatique et le couplage magnétique.
    La composante électrostatique va essentiellement être générée par le point chaud du montage: le collecteur de Q1 et ce qui y est connecté. On voit donc déjà que ce sera une bonne idée de réduire les pistes en ce point au strict indispensable. Même si c'est fait correctement, il restera une capacité de couplage d'une fraction de pF avec l'espace ambiant.
    D'autre part, la self est à air, donc son champ magnétique n'est pas confiné, et il va aussi générer une onde électromagnétique.
    En général, ces effets ne seront pas très gênants: comme les structures rayonnantes (les "antennes") sont minuscules par rapport à la longueur d'onde, leur efficacité sera très réduite, de même que la puissance émise. En plus, la gamme de fréquence n'est pas dans une zone "sensible" du spectre: c'est au-dessus de la radio-diffusion AM, et c'est bien en dessous de la VHF, FM, TV, etc, et comme le signal est très propre, il n'y a plus grand chose passé la 3ème harmonique. En fait, seuls les utilisateurs d'OC pourraient être gênés, et encore, pas très loin: passé quelques dizaines de m, le signal sera indétectable.
    Evidemment, pour les radio-amateurs, ça pourrait se montrer gênant.
    Le remède contre ces "fuites" est simple: il suffit de mettre des écrans pour bloquer les champs électrostatique et magnétique. Heureusement, à cette fréquence, il est possible de combiner les deux: il suffit de faire un blindage par un bon conducteur, qui englobe l'ensemble du circuit. Il suffira de relier ce blindage à un point froid pour éliminer les effets électrostatiques, et le champ magnétique sera arreté par l'effet de peau sur le conducteur.
    Comment réaliser celà en pratique: surement pas en entourant l'ensemble avec un morceau de fer blanc relié au 0V Primaire, même si c'est la première chose qui vient à l'esprit.
    Il y a deux difficultés avec cette approche: il faudra éviter les contacts du blindage avec les composants du montage, et il faudra protéger ce blindage des contacts avec le reste du monde, puisqu'il sera galvaniquement relié au secteur.
    Une meilleure solution est de réaliser un boîtier en matériau de circuit imprimé de 0.2mm, faces cuivrées à l'extérieur, soudé aux angles par une série de petits morceaux de fils espacés de qques mm. Cela résout le problème de l'isolation intérieure, et pour l'extérieur, on peut raccorder le blindage au 0V primaire à travers un condensateur de sécurité de type "Y", qui dérivera la HF sans causer de souci d'isolation.
    Ces condensateurs de faible valeur (47pF--->4.7nF) sont spécialement prévus pour relier des parties accessibles à l'utilisateur avec le secteur et ne doivent surtout pas être remplacés par autre chose. Voir photo "Ycaps" pour quelques exemples de modèles courants.

    Voyons maintenant un problème moins apparent, mais potentiellement plus gênant.
    La partie secondaire, isolée, va être couplée capacitivement au primaire, essentiellement au niveau de la self, et ce couplage ne se faisant pas qu'entre points "froids", il va générer une tension parasite de mode commun entre primaire et secondaire; on peut voir la situation modélisée sur l'image "EMCmodel".
    La capacité "Cpar" symbolise la capacité répartie entre les enroulements; côté primaire, elle représentée comme connectée à une prise intermédiaire située au quart du bobinage. Cette prise est bien entendu virtuelle, et n'est là que pour faciliter la compréhension:
    La couche extérieure du primaire est raccordée au point froid; de cette manière, elle forme un écran entre la couche "chaude" qui est en-dessous et le secondaire. Mais cette couche froide ne l'est qu'à moitié: à son extrémité elle supporte la moitié du potentiel total appliqué à la self, soit 100V/2=50Vcàc. Si la capacité répartie l'est de façon homogène, elle va être référencée à un potentiel moyen entre points froid et chaud de cette couche, càd (0+50)/2=25Vcàc. On peut donc modéliser la source de tension de mode commun par une source de tension en série avec un condensateur de 9pF.
    La réalité se conforme assez bien à ce modèle, à deux petites exceptions près: d'une part le point froid de la self est plus froid que 0 du fait de l'inversion de phase réalisée par le circuit résonant, et d'autre part les 9pF de couplage comprennent une partie "morte" de 1pF qui correspond aux parties en regard l'une de l'autre et ne participant pas au couplage. La tension apparente corrigée est de (-3 + 47)/2=22Vcàc.
    L'enroulement secondaire n'est pas représenté sur le modèle, car en première approximation, il n'intervient pas: il a été réalisé en bifilaire, ce qui neutralise les couplages et agit comme un écran secondaire virtuel.
    Donc, en définitive, notre source pertubatrice de mode commun est un générateur de tension d'environ 7V rms en série avec une capacité de 9pF.
    Il y a des cas où cette tension ne sera pas gênante: dans un chargeur p.ex., le fait d'avoir cette tension sur l'élément à charger sera sans effet. De même, dans la situation opposée, si la sortie est branchée à un appareil massif, ayant une forte capacité vers la terre ou le secteur, les 9pF de couplage seront négligeables, et la totalité de la perturbation sera dérivée vers la terre.
    C'est plutot dans les cas intermédiaires, où plusieurs petits appareils sont interconnectés que cette tension risque de devenir détectable.
    Dans ces cas, la solution est à nouveau le condensateur "Y", que l'on va connecter entre le point froid du primaire et la masse du secondaire: voir image "YcapEMC". Ce condensateur va court-circuiter en HF les deux masses et former un diviseur capacitif avec Cpar. Avec 82pF p.ex., le rapport serait de 10X et réduirait la tension pertubatrice à 0.7V rms; avec 1nF, la réduction serait de plus de 100X.
    Personellement, je n'aime pas trop les condensateurs Y, et j'essaye de les réduire au minimum: ils causent des courants de masse, et leur accumulation, lorsque de nombreux appareils sont réunis finit par devenir sérieusement gênante.
    Dans le prochain post, nous verrons comment éliminer la tension de mode commun avec des valeurs de capacité presque négligeables.

    A suivre....

    PS désolé, il y a de nouveau des problèmes d'image, je poste toujours le texte et je réessayerai plus tard....

    Hourrah!!!!

    C'est passé!
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    Dernière modification par gienas ; 23/10/2007 à 15h11. Motif: Retour des PJ au post d'origine
    Pas de complexes: je suis comme toi. Juste mieux.

  26. #21
    Tropique

    Aspects RFI et EMC: suite

    Comme promis, nous allons voir comment éliminer les interférences de mode commun autrement que par la "force brute" de condensateurs "Y" massifs.

    On peut se demander pourquoi la même astuce qu'au secondaire n'a pas été mise en oeuvre: un bobinage bifilaire créant un écran virtuel.
    Il y aurait plusieurs difficultés:
    -La séparation en deux couches ne permet plus une compensation exacte par rapport à une seule couche.
    -La structure de l'oscillateur n'est pas adaptée à ce type de bobinage, et le deuxième enroulement n'aurait servi qu'à la compensation.
    -Doubler la quantité de cuivre au primaire augmenterait sérieusement les pertes, aussi bien cuivre par courants de Foucault, que diélectriques dans l'émail du fil.

    Il faut donc trouver une autre méthode de compensation.
    Heureusement, la présence d'un double secondaire va permettre une solution élégante: il suffit de créer un pont capacitif avec l'enroulement secondaire qui est en opposition de phase par rapport au primaire (L3 sur l'image compEMC), pour que la masse de sortie se retrouve, à l'équilibre, au même potentiel que le 0V primaire. Dans notre cas, la condition d'équilibre du pont est simple, puisque chaque secondaire a le même rapport de transformation que celui (virtuel) du primaire, il faut que Ccomp.=Cpar. Comme la partie active de Cpar est de 8pF, il suffit d'un condensateur de 8.2pF pour assurer la compensation.
    Avec cette méthode, il est possible d'éliminer totalement la fondamentale, et la plus grande partie des harmoniques générées au primaire. Il ne restera pratiquement que les harmoniques causées par les diodes de redressement au secondaire, qui ne sont pas très importantes.

    Il reste à résoudre quelques problèmes pratiques pour une implémentation correcte.
    Il faut que Ccomp soit de type "Y", puisqu'il ponte primaire et secondaire, or en-dessous de 47pF, ce type de condensateur est introuvable; et à l'heure actuelle, il est déjà difficile de se procurer moins de 470pF (il y a une trentaine d'années, toutes les TV avaient le chassis au secteur, et la prise d'antenne était raccordée via des "Y" de faible valeur; ces applications n'existent plus).
    La solution est de mettre en série le 8.2pF "normal" avec un "Y" de valeur quelconque. Si on a réalisé un blindage général comme décrit dans le message précédent, on peut ramener Ccomp à ce blindage.
    Il y a un autre problème pratique à prendre en compte: on ne va pas s'amuser à chaque fois à ajuster Ccomp. à la valeur idéale exacte: on va se décider pour une valeur, et on réutilisera la même par la suite. Inévitablement, il y aura de petites variations dans la fabrication des selfs, et les condensateurs eux-mêmes auront une certaine tolérance. Tout cela signifie que la compensation sera imparfaite; en pratique, on peut espérer une amélioration d'une vingtaine de dB. Comme généralement on souhaitera plus, il suffira de rajouter un condensateur "Y" connecté normalement (voir message précédent) pour amener la réjection à la valeur désirée, et éliminer les harmoniques résiduelles. Ici, avec 220pF, on arriverait à plus de 20dB supplémentaires.
    Si l'on souhaite se passer totalement de condensateur Y, en ayant malgré tout une tension de mode commun négligeable, il y a des alternatives, mais elles nécéssitent quelques recherches et essais.
    On peut, par-dessus la dernière couche du primaire, rajouter quelques spires de fil extrêmement fin (0.05 p.ex.) bobinées en sens inverse pour créer une sorte d'écran neutralisateur semi-transparent. Le départ sera connecté au point froid du primaire, et la fin restera non-connectée.
    Pour trouver le nombre de spires adéquat, il faudra procéder par essais successifs: commencer par 25sp p.ex., et puis en retirer à chaque fois un peu jusqu'à arriver à la compensation parfaite. Cela risque d'être fastidieux, mais une fois que la valeur aura été trouvée, elle pourra être réutilisée par la suite.
    Vu sa petite taille, cet enroulement n'aura qu'un impact minime sur le rendement.

    Pour que ce circuit fonctionne de façon harmonieuse par rapport à un environnement RF, on peut encore faire un certain nombre de chose:
    Chaque diode du pont primaire peut être mise en // avec un petit condo céramique (1nF p.ex.); cela permettra d'éliminer le bruit RF généré à chaque passage à 0 du courant, et évitera que les diodes ne fonctionnent en modulatrices des signaux RF ambiants.
    D'autre part, il est possible de réaliser tout ce qui a été mentionné plus haut en modifiant le point froid du primaire: au lieu de prendre le point froid de l'oscillateur, on peut le prendre au secteur, en y connectant deux condensateurs (des Y de 4.7nF p.ex.) dont le point de jonction sera le nouveau point froid; il faudra aussi ramener le 0V primaire à ce point par un condensateur de 1nF (voir document pdf).
    Cette façon de faire assure une une continuité RF du montage et permet un fonctionnement neutre dans un contexte d'émetteurs et récepteurs proches et nombreux.

    La photo montre la façon de monter un condensateur Y (bleu pâle), par-dessus la barrière d'isolation.

    On n'a pas parlé des tensions parasites de mode différentiel sur la sortie. C'est un problème mineur, et facile à résoudre s'il se pose. Ces tensions se résument au ripple HF résiduel, qui vaut quelques dizaines de mV. Cela peut être réduit en augmentant le 100nF de sortie, ou mieux, en insérant une cellule LC, avec une perle ferrite ou une self d'une dizaine de µH et un condensateur céramique de 2.2µF.
    Enfin, on peut éventuellement compléter, comme c'est aujourd'hui la mode, en insérant des selfs de mode commun dans les différents accès et des tores de ferrite sur les différents câbles.


    Il faut préciser que tout ce qui précède est du fignolage, qui permettrait d'avoir une alim pratiquement aussi "silencieuse" qu'une alim linéaire, mais dans 90% des cas, le circuit de base, nu, suffira amplement. Si par exemple on veut s'en servir pour alimenter un PIC, celui-ci ne sera absolument pas perturbé, et générera lui-même plus d'interférences que l'alim, donc pas la peine de s'exciter...

    A suivre....
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    Dernière modification par gienas ; 25/10/2007 à 10h15.
    Pas de complexes: je suis comme toi. Juste mieux.

  27. #22
    Tropique

    Adaptations, améliorations et réflexions diverses

    Nous arrivons tout doucement à la fin du sujet. Voici encore quelques informations et idées diverses.

    Comme il a déjà été précisé, ce circuit, s'il est réalisé correctement, est très sûr et fiable: il peut supporter indéfiniment des surcharges ou court-circuits en sortie, peut encaisser des surtensions sévères, chauffe peu, stresse peu ses composants, et même si quelque chose va de travers, il s'arrête simplement de fonctionner, sans plus.
    Il reste une petite chose qui pourrait stresser ceux qui ont un tempérament inquiet (si si, il y en a sur ce forum): dans l'hypothèse où Q1 claque "ouvert", ou si R1 ou R2 se coupe (ce qui est assez improbable), la tension aux bornes de C6 va monter, et ne sera limitée que par la tension d'avalanche de D1 à D4, soit environ 120V. Le résultat se soldera certainement par la destruction de C6, probablement par explosion. Cela peut en terrifier certains, mais il faut quand même relativiser: c'est un condo de petite taille, et tous les modèles actuels ont un évent, une soupape ou des lignes de rupture qui permettent d'évacuer la surpression en douceur.
    Si malgré tout on veut parer à cette éventualité, il faut soit surdimensionner C6, en prenant un type de 160V, soit mettre en parallèle une zener de 62V.

    Examinons un peu les aspects puissance/rendement.
    Il est vrai, comme certains l'on fait remarquer que ce circuit est une "patate", avec un rendement franchement minable, et on serait tenté de le sophistiquer un peu pour l'améliorer.
    Pourquoi pas, mais il faut réfléchir à ce que l'on va gagner objectivement. Cette alim est conçue pour une gamme de puissances allant de quelques dizaines à quelques centaines de mW. Si on ajoute des composants pour arriver à gagner 100mW p.ex., le gain sera de 2.4Wh par jour; il faudra nettement plus d'un an, si le circuit est branché en permanence, pour atteindre le KWh. A 10 cents de prix moyen du KWh, il risque de falloir longtemps avant d'amortir la moindre complication.

    Encore un mot sur la puissance, il ne faut pas avoir peur de surdimensionner, c'est de toutes façons gratuit ou presque. Par exemple, dans le prototype réalisé, on avait calculé que le courant théoriquement disponible atteindrait 18mA. En fait, la valeur finale obtenue est nettement inférieure. Ce n'est pas vraiment une surprise, puisqu'une certaine marge d'erreur était prévue, mais il est intéréssant de voir pourquoi on en arrive là. J'ai donc analysé les causes de la réduction dans ce cas précis. La première raison est que le rapport de transformation diffère de l'estimation, la valeur de la zener réfléchie au primaire donne moins de 50V, d'où perte de puissance. J'avais réalisé un "brouillon" du prototype, avec des composants soudés en l'air et une self bobinée à la va-vite sur le premier bout de plastique venu, que j'avais optimisé jusqu'à arriver exactement à 50% de rendement, et je m'étais basé sur ces paramètres pour faire le prototype "au propre". Naturellement, avec un diamètre un peu différent et des nombres de tours approximatifs, le brouillon de self était un mauvais modèle. Une morale est à retenir, si on fait un brouillon, il faut se baser exactement dessus pour pour la version finale.
    Pour un peu compenser le rapport de transformation trop bas, il aurait été souhaitable que C4 fasse un peu plus que sa valeur nominale, pour revenir vers les 50V. Bien entendu, Murphy guettait au tournant, et c'est le contraire qui s'est produit: mesuré, C4 était presque à 90nF.
    Donc non seulement on perd 10% du courant, mais on aggrave l'autre faiblesse. Résultat, la tension primaire d'alim ne fait que 38.5V au lieu de 50. Près de 10% de perte de courant, plus de 20% de perte de tension, cela fait une perte de puissance totale de 30%.
    Ce qui n'est pas un problème pour l'application envisagée: la fausse pile de 9V délivre un courant largement supérieur aux 10mA visés, ce qui montre bien l'intérêt de surdimensionner.
    Si je voulais refaire un exemplaire, je tirerais les enseignements de cela, et je mettrais par exemple 55 spires ou même un peu plus au primaire.

    Pour les adeptes du "tuning", "tweaking", "modding", et autres améliorations, cette alim est une base très fertile: malgré sa simplicité, il est possible de faire des variantes presqu'à l'infini sur les valeurs de départ.
    Mais avant de se lancer dans ce genre de manip, il faut s'assurer de bonnes conditions de sécurité: il est hors de question de travailler dessus lorsqu'elle est connectée au secteur.
    La seule mesure que l'on peut faire au primaire est de brancher un voltmètre sur les 50V.
    Si on veut aller plus loin, il faudra un transfo d'isolation. Je sais que tout le monde n'a pas ça sous la main, mais il y a un moyen simple de s'en tirer: il suffit de deux transfos identiques d'une trentaine de VA, dont on relie les secondaires. On aura une excellente double isolation, avec une petite perte, négligeable vu la faible puissance. On peut éventuellement aussi alimenter l'oscillateur directement avec du 50V DC, mais cela risque de poser des problèmes, et n'est pas représentatif du fonctionnement réel.
    Pour les mesures, le 0V primaire servira de masse de référence. Il va de soi que toutes les mesures doivent être faites avec une sonde faible capacité, et même ainsi, les mesures sur le collecteur de Q1 ne seront pas très exactes: non seulement la capacité parasite va changer la fréquence, mais les pertes causées par la sonde (la capacité est loin d'être parfaite) vont influencer l'oscillateur. La tension sur C2 est plus ou moins l'image atténuée de celle sur C1 et ne cause aucun problème de mesure. Attention enfin au fait que la combinaison 4MHz/100V risque d'être excessive pour certaines entrées de mesure ou sondes.

    A bientot pour la suite....
    Pas de complexes: je suis comme toi. Juste mieux.

  28. #23
    Tropique

    Adaptations, améliorations et réflexions diverses, suite

    Que peut-on modifier/améliorer?

    Tout, ou presque!
    Les valeurs relatives et absolues des composants, la forme et les nombres de spires de la self, le type de transistor ou de diodes, etc, on n'a que l'embarras du choix. Le but de ces optimisations pourra être le rendement et la puissance de sortie, mais il peut y avoir d'autres motifs: si on veut un oscillateur totalement propre et silencieux, on s'arrangera pour qu'il soit parfaitement sinusoidal p.ex.

    Voici quelques pistes pour le rendement:
    Avant d'essayer de l'améliorer, il est bon de connaitre comment les pertes se répartissent.
    La self est de loin l'élément le plus gaspilleur avec un gros 50%.
    Le transistor en prend environ 25%.
    Les diodes (secondaires): 12%
    Ce qui reste se répartit entre les autres éléments passifs, et les pertes par couplage externe (diélectriques, Foucault, rayonnement).
    Ces valeurs sont purement indicatives et vont varier quelque peu d'une réalisation à l'autre.
    Il est cependant clair que les efforts doivent avant tout porter sur la self: c'est là qu'il y a le plus de latitude pour les améliorations.
    Une première possibilité est de lui mettre un noyau; c'est une option que j'ai totalement ignorée jusqu'à présent, pour garder au projet une accessibilité totale, mais le simple fait de glisser un cylindre de ferrite dans la self fait gagner d'un seul coup 15 points de rendement, et plus si on adapte d'autres valeurs. Tout noyau magnétique, qu'il soit en ferrite HF ou BF, ou en poudre de fer fera gagner quelque chose (pas un boulon quand même!), mais il est clair qu'il vaut mieux quelque chose d'adapté à la fréquence.
    Attention, si la self est bobinée sur un cylindre de ferrite, il faudra soigneusement l'isoler: autrement, le noyau risquerait de faire un pont conducteur et dangereux entre primaire et secondaire. Et il ne faut pas se fier aux mesures à l'ohmmètre: avec une tension alternative élevée, la ferrite apparemment isolante pourra se transformer en conducteur.

    Avec ou sans noyau, d'autres pistes sont possibles:
    -Si on a la place, augmenter les dimensions: cela réduira les pertes.
    -Optimiser le rapport des dimensions: le facteur de de forme "carré" adopté ici facilite le bobinage, mais n'est pas optimal pour le Q. Le rapport D/l optimum varie selon les auteurs et les critères choisis, mais il est supérieur à 2. A ce point de vue, une bobine courte et plate est donc préférable, mais il sera alors plus important de superposer primaire et secondaire avec précision, pour éviter de perdre sur le facteur de couplage.
    -Choisir des diamètres de fil optimaux: pour le primaire, il y a un compromis entre la résistance série, qui exige un gros diamètre, et les pertes par courants de Foucault ainsi que l'encombrement qui réduit le couplage qui demandent un faible diamètre; il faut faire des essais. Le secondaire étant non-résonant, sa résistance série a moins d'importance, donc pour réduire les pertes Foucault, prendre un fil aussi fin que possible pratiquement.
    On peut utiliser du fil de Litz pour le primaire, à condition de pouvoir en trouver.

    Le transistor a une certaine influence sur le rendement: si on prend un modèle comme le 2N2222 qui est meilleur en HF, on va avoir un certain gain; le problème est d'avoir une tension Vce suffisante. De toutes façons, les améliorations que l'ont peut obtenir par cette voie sont limitées: même avec un transistor parfait, il y aura toujours un plancher théorique aux pertes à cause du fonctionnement en classe C.

    Les diodes peuvent être remplacées par de petites schottky, style BATXX. Les pertes en conduction et commutation seront réduites.

    Les secondaires peuvent être rendus légèrement asymétriques, d'une ou deux spires: comme l'oscillateur est asymétrique, on a intérêt à "pomper" un peu plus sur l'alternance de conduction.

    Pour réduire les pertes dues au courant de résonance dans la self, on peut altérer le rapport L/C. C1 a déjà une valeur assez faible, et il sera difficile d'aller beaucoup plus loin, donc la solution est d'augmenter le nombre de spires de la self.

    On peut aussi modifier le régime de l'oscillateur: ici, on est presque en sinus, avec juste le bas des alternances un peu écrasé. Si on veut privilégier le rendement par rapport à la pureté spectrale, on peut se rapprocher d' un fonctionnement en classe D: on adopte les mesures du paragraphe précédent, et en plus on réduit le rapport C2/C1; on adapte éventuellement R1 et R2, si nécéssaire, de même que le rapport de transformation.
    Il y a quand même des limites à cette approche: il faudra garder un certain niveau de résonance, sinon l'oscillateur s'arrêtera. Il n'est pas possible de dégénérer un oscillateur Colpitts jusqu'à lui faire sortir du carré. Avec un Hartley, ce serait possible: totalement dégénéré, sans aucun condensateur, il devient un oscillateur bloqué.
    On pourrait se demander pourquoi un Hartley n'a pas été choisi: il aurait en plus permis d'économiser un condensateur et une résistance, et d'améliorer légèrement le rendement. la raison, c'est la nécéssité d'une prise intermédiaire ou d'un enroulement de réaction au primaire, qui aurait compliqué la réalisation de la self.

    Enfin, il y a toutes les interactions entre composants, sur lesquelles on peut jouer à l'infini. Il ne s'agira pas d'optimisations simples, unidimensionelles: si par exemple on fait varier la valeur de R2, on verra que le meilleur rendement est obtenu pour sa valeur actuelle; par contre si on change simultanément R2 et le rapport C2/C1, on pourra (je n'en sais rien, c'est juste un exemple) gagner en rendement. Si on combine valeurs absolues, relatives, plus les paramètres de la self, on voit qu'il y a un volume impressionnant de combinaisons à tester...

    A suivre.....
    Pas de complexes: je suis comme toi. Juste mieux.

  29. #24
    Tropique

    Evolutions, variantes et adaptations diverses

    D’abord un petit mot sur l’ajout d’un témoin de présence secteur. La solution la plus évidente, consistant à mettre en sortie une LED avec sa résistance de limitation, est aussi la plus mauvaise : dans un circuit faible puissance comme celui-ci, la LED risque de consommer plus que tout le reste. La bonne façon de faire est de l’insérer en série dans le courant secondaire, entre C5 et la zener. De cette manière, on aura un bon courant, presque gratuit ; il faudra juste ajouter les ~2V de la LED à la tension de la zener dans le calcul du rapport de transformation.
    Une autre possibilité, que je déconseille, est de mettre la LED au primaire, en série avec l’alimentation de l’oscillateur. L’impact pratique sur les calculs sera négligeable, par contre il y deux inconvénients : le courant sera plus faible, et comme la LED sera reliée au secteur, on ne pourra pas la monter directement de façon apparente à l’extérieur du boitier : il faudra une fenêtre ou quelque chose de similaire.

    Variantes diverses
    On n'est pas obligé de s'en tenir exactement à l'architecture proposée: tant qu'on respecte les mesures de sécurité, on peut faire ce qu'on veut. Par exemple, mettre plusieurs secondaires isolés. Pour une alim de labo, cela permettrait d'alimenter simultanément 4 modules millivoltmètre, flottants les uns par rapport aux autres, servant à afficher tensions et courants sur les voies (+) et (-).
    Seul le 1er secondaire serait bifilaire et aurait la zener, les autres seraient simples, avec un pont redresseur pour limiter le nombre de fils sortant de la self.
    En fait, on peut toujours faire le secondaire unifilaire; cela n'a pas d'importance si on est pas gêné par le surcroît de mode commun, ou si on met un condensateur Y suffisant, ou si la tension secondaire est très faible (3.3V p.ex.).
    Dans le cas du secondaire bifilaire, on peut facilement générer une tension négative en rajoutant une paire de diodes.
    Une autre possibilité, toujours dans le cas de figure d'une alim de labo, est de s'alimenter à partir d'une des tensions continues internes plutot que du secteur. On élimine de cette façon les problèmes liés à la sécurité.
    Dans ce cas, il ne faudra pas mettre de zener au secondaire, et adapter le rapport de transformation ainsi que les valeurs de l'oscillateur à la tension primaire. Si la tension de départ est supérieure à 50V, on peut cependant conserver la zener, et mettre une résistance de limitation qui jouera le même rôle que le condensateur en AC.
    Il y aura peut-être des cas où la puissance requise sera vraiment microscopique, des mW p.ex. Dans ce cas, il ne sera pas nécéssaire de monter à 50V d'alimentation. Une valeur plus faible réduira les niveaux d'interférence émis. Le pont d'entrée pourra être remplacé par un doubleur n'utilisant que deux diodes, et on pourra se contenter d'un secondaire avec une seule diode en sortie. La réjection des perturbations de mode commun primaire et secondaire se fera en faisant le bobinage secondaire à partir du point froid du primaire, en tournant dans le même sens que ses enroulements: la différence de tension spire à spire restera nulle sur toute la longueur de l'enroulement, ce qui annulera l'effet des couplages capacitifs.
    Voilà, je cloture provisoirement la discussion ici. N’hésitez pas à donner votre feedback, si vous avez fait des implémentations particulières ou intéréssantes, réussi une optimisation exceptionnelle, ou si vous avez dessiné un PCB : faites en profiter tout le monde.

    Fin provisoire
    Pas de complexes: je suis comme toi. Juste mieux.

  30. Publicité
  31. #25
    polo974

    Re : [Terminé] Micro-alimentations secteur isolées

    Intéressant, tout ça!
    Quelques idées en passant (quand je passerais à l'acte...)

    Afin de réduire la conso à charge réduite, il est peut-être envisageable d'ajouter un photo-coupleur, diode en série avec la zener (réduite de 1.5V environ), photo-transistor entre émetteur et base de Q1...

    Pour le transfo, essayer en le réalisant en 2 moitiés (un demi primaire, un secondaire), côte à côte (afin de former un circuit magnétique plus fermé faute de le faire torique).

  32. #26
    Tropique

    Re : [Terminé] Micro-alimentations secteur isolées

    Citation Envoyé par polo974 Voir le message
    Intéressant, tout ça!
    Quelques idées en passant (quand je passerais à l'acte...)

    Afin de réduire la conso à charge réduite, il est peut-être envisageable d'ajouter un photo-coupleur, diode en série avec la zener (réduite de 1.5V environ), photo-transistor entre émetteur et base de Q1...
    Attention que nous ne sommes dans l'univers bizarre de Norton, où tout est inversé. Le fait de réduire la consommation moyenne de l'oscillateur va.....

    ....augmenter la puissance de sortie...

    Il faut se souvenir que le courant d'alimentation est pratiquement constant, donc moins de conduction moyenne signifie plus de tension et plus de puissance (que l'oscillateur ne va pas nécéssairement utiliser très bien, car il n'est pas conçu pour ça).
    Si on veut véritablement réduire la puissance d'entrée, il faut au contraire augmenter la conduction. J'ai déjà réalisé des convertisseurs "retournés", où le signal PWM diminue la conduction pour augmenter la sortie, mais c'est très différent d'un simple oscillateur, et ça pose des problèmes "intéréssants" de stabilisation de la boucle d'asservissement.
    Il est aussi possible de faire des systèmes à controle de phase "retournés", dans lesquels l'alimentation est court-circuitée en début d'alternance et relachée à un angle commandé par le régulateur. Ce genre de système est rentable à partir de 1µF et plus; en-dessous c'est vraiment inutilement compliqué


    Pour le transfo, essayer en le réalisant en 2 moitiés (un demi primaire, un secondaire), côte à côte (afin de former un circuit magnétique plus fermé faute de le faire torique).
    La position qui donne le meilleur couplage pour des bobines cylindriques est celle qui est adoptée: superposées.
    J'ai aussi expérimenté avec celle que tu proposes, son gros avantage est de réduire le couplage capacitif à presque 0. Le moins bon couplage magnétique peut être compensé en faisant un accord paralléle, série ou mixte du secondaire, mais ça ajoute un paramètre à maitriser. Ce serait intéréssant si primaire est secondaire étaient séparés par une paroi, d'un boitier p.ex..
    Un bobinage torique donnerait un meilleur couplage magnétique, mais le Q d'un bobinage torique à air est assez exécrable, et comme c'est la source principale de pertes....
    A+
    Pas de complexes: je suis comme toi. Juste mieux.

  33. #27
    chatelot16

    Re : [Terminé] Micro-alimentations secteur isolées

    moi je trouve que pour les toutes petite puissance le transfo 50Hz est le meilleur

    il a été dit au debut de ce post : les petit transfo ont un mauvais rendement : c'est vrais pour les modele du commerce car il sont calculer pour faire le plus de VA pour le volume minimun : mais il suffit de calculer un transfo avec un peut plus de tour par volt pour avoir un transfo a peine plus gros mais avec une meilleur rendement

    celui qui ne veut pas se lancer dans le bobinage peut se contenter de mettre 2 transfo en serie : par example 2 transfo 220 V en serie ne veront que 110V leur puissance utile sera divisé par 4 mais la puissance perdue a vide va devenir presque nulle et le rendement exellent : attention les secondaire des 2 transfo doivent etre en serie ou en paralele mais pas utilisé pour alimenter 2 circuit indepandant

    je bobine regulierement des petit transfo a haut rendement , plus petit qu'un bon condensateur 220V pour passer le meme courant : et c'est bien pratique : le transfo est le seul composant a voir le 220V

    pour la recuperation il y a des voyant lumineux industriel 380V a lampe
    6V qui contiennent un tout petit transfo 380V 6V : alimenté en 220V cela fait aussi un transfo a haut rendement et tres faible puissance

  34. #28
    chatelot16

    Re : [Terminé] Micro-alimentations secteur isolées

    si il y en a qui sont interressé par des transfo 50Hz a haut rendement , donc tres faible echauffement et tres faible perte a vide , demandez par mp

  35. #29
    Tropique

    Re : [Terminé] Micro-alimentations secteur isolées

    Si on a accès à ce genre de transfo, pourquoi pas, mais ça ne permettrait pas p.ex. de faire une fausse pile de 9v: la version commerciale est déjà trop grosse en 0,3VA (et elle consomme 0,8W à vide):
    http://shop.eichhoff.de/images/51322...69e349d3aa4415
    A+
    Pas de complexes: je suis comme toi. Juste mieux.

  36. #30
    chatelot16

    Re : [Terminé] Micro-alimentations secteur isolées

    dans la dimension d'une pile 9 v il y a de quoi faire un bon 0.1 VA ce qui fait 11mA 9V

    et il y a moyen de faire bien plus de puissance mais avec un rendement plus ordinaire

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