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Sections => Vos projets et Montages d'Électronique => Discussion démarrée par: Cécile le juin 10, 2019, 12:12:12 pm

Titre: Alimentation laboratoire 0-30V 0-3A
Posté par: Cécile le juin 10, 2019, 12:12:12 pm
Bonjour,
Ayant besoin d'une alimentation de laboratoire, j'ai donc décidé de construire la mienne, en partant du design de la µSupply d'EEvblog, mais avec une plage de tension et de courant courant plus élevée.
Avant toute chose je tiens à signaler que je suis débutante en électronique, et que ce projet est en cours, et non fini. Je publierais mon avancée sur ce topic, jusqu'à l'achèvement de ce projet.
Si vous avez des remarques à faire, mettre en avant des défauts, des améliorations possibles, n'hésitez surtout pas!

Cette alimentation doit répondre à ces critères principaux:
- CV et CC
- Tension ajustable à 0.10V près, et ce jusqu'a 30V
- Courant ajustable à 0.010A près, et ce jusqu'à 3A
- Utilisation d'encodeurs logiques (alimentation numérique)
- ondulation (sortie) max 0.01% à 30V

Fonctionnent global de l'alimentation :

Feuille 1:

On commence par redresser puis filtrer la tension du transformateur ( passage de 24Vac à appor. 34Vdc).

Ensuite, nous avons un montage darlington avec deux transistors ballasts mis en parallèle (Q1 et Q3), commandés par les parties "Controlled Voltage" et "Controlled Current". Les transistors Q2 et Q4 servent à limiter le courant passant au travers des transistors ballast, à 6A. Ils servent à protéger les transistors ballast, sans plus.

 La partie de régulation de tension est simple: il s'agit d'un amplificateur rail-to-rail  (U1) en montage non inverseur: on lui donne une tension de consigne sur sa broche + de 0 à 3V (DAC V) et il fournit une tension en sortie allant de 0 à 33V, qui commande l'étage de puissance. C'est aussi ici que la tension de sortie est mesurée (V measurement).

 La partie de régulation du courant commence par la mesure du courant, à l'aide d'une résistance de shunt (R4) et de U3, un amplificateur dédié à la mesure du courant (gain de 50). La tension en sortie de U3 (image du courant)  est de 0.5 V/A. Cette tension est ajustée par U2A, de 0.5 V/A à 1 V/A (gain ajustable). Cette partie permet aussi d'éliminer la tension d'offset de U3. La tension ainsi obtenue est comparée par U2B à la tension "DAC A", tension de consigne pour le courant. Si la tension sur la broche + de l'aop devient plus élevée que celle de la broche -, Q6 devient passant, baissant ainsi la tension contrôlant l'étage de puissance, régulant ainsi le courant. Q11 permet de prévenir le µC du passage en courant constant.

Feuille 2:

Afin d'alimenter le µC et quelques autres composants, on commence par utiliser un autre transformateur, pour obtenir 2 tensions: 3.3 et 5V. (en bas à gauche du schéma)

Une référence de tension de 3.3V faible bruit est là pour donner une référence au µC pour ses ADC.

Le µC est un STM32F103, le même que sur un sTM32 mini. Ce dernier s'occupe de l'interface utilisateur (encodeurs logiques, écran, ect).

Au milieu à gauche, nous avons deux séries de 3 filtres (Fc=160hz) du premier ordre: il permettent de passer d'un signal PWM (venant du µC, à 10kHz) à une tension continue, qui sera la tension de consigne pour la tension et le courant de l'alimentation.

Juste au dessus, nous avons un buzzer. Il permet juste de prévenir l'utilisateur en cas de soucis.

A droite du buzzer, nous avons la protection thermique: il s'agit de deux comparateurs montés en trigger de schmitt inversant, qui permettent d'allumer un ventilateur si besoin s'en faut, voire d'éteindre l'alimentation. le capteur est un classique LM35, mais dans un boitier TO220 (LM35DT).

En haut à droite, nous retrouvons tout les connecteurs liés au µC: les encodeurs logiques, le bus SPI pour l'écran (encore en TEST), les deux broches BOOT1 et BOOT0, un interrupteur reset, deux interrupteur pour le débogage (ou autre à voir plus tard), l'oscillateur 8MHz, et le bouton STOP, qui permettras de couper l'alimentation si besoin il y a, que se soit pour des raisons de sécurité, ou le temps de modifier les valeurs (nous avons une tension de 5V, on bloque, on change la consigne à 12V, on remet en marche). Une sorte de ON/OFF rapide.

Voilà, si cette explication est trop sommaire, et que vous désirer en savoir plus, faites-m'en part.
Un routage est à venir.
Merci à Yffig pour son aide.

Merci!

Cécile
Titre: Re : Alimentation laboratoire 0-30V 0-3A
Posté par: papyblue le juin 10, 2019, 02:07:54 pm
Bonjour Cécile,
Bravo pour ce travail et merci pour ce retour détaillé.
Juste deux questions :
- Quel objectif d'ondulation résiduelle vous êtes vous fixé ?
- Quelle fréquence de PWM avez-vous choisie ?
Titre: Re : Alimentation laboratoire 0-30V 0-3A
Posté par: Cécile le juin 10, 2019, 05:15:20 pm
Bonjour, tout d'abord merci !  :)

La fréquence du PWM sera de 10kHz. La fréquence de coupure des filtres de 160hz.

Mon objectif d'ondulation résiduelle, à vrai dire je n'en ai pas fixée... je dirais 0.01%, soit 0.03V à 30V. Cela me semble largement atteignable.
Titre: Re : Alimentation laboratoire 0-30V 0-3A
Posté par: Yffig le juin 10, 2019, 08:10:50 pm
Bonsoir Cécile,

Bonne idée que de soumettre à la communauté l'avancement de ton design.

Je veux juste rapidement faire une toute première remarque qui me semble ESSENTIELLE:
Tu fais l'économie de 2 DAC pour la consigne de tension et de courant, soit... mais as tu simulé avec LT Spice et des composants standards (l'ampli op peut être générique et donc parfait) quelle serait la" tête" de ta tension de sortie régulée ?
Je crains (et je peux me tromper car je ne connais pas ce µC et quelle forme de signal il "sort en PWM") que ce soit pas très joli-joli...et surtout inexploitable (= bien pire qu'une alim à découpage alors que tu veux faire une linéaire !).
Ton PMW 10KHz, si il sort entre 0v et Vref avec un rapport cyclique variable, et un filtre passe bas aussi rudimentaire * gain 10 environ = quelle résiduelle de PWM en sortie ?

Je te laisse simuler cela avec LT Spice, c'est du basique de chez basique.
En plus cela te montrera que ta fréquence de coupure à -3 dB n'est pas simplement 1/(2*pi*RC ) commun à tes 3 cellules de filtrage et tu peux aussi inclure facilement la fonction de transfert autour de U1A dans un second temps.

Bonne soirée

Yffig
Titre: Re : Alimentation laboratoire 0-30V 0-3A
Posté par: Yffig le juin 10, 2019, 09:17:46 pm
Re Bonsoir
Erratum: J'ai dégainé un peu vite: mon interrogation concerne non pas l'ondulation résiduelle mais le temps de réponse à une demande de changement de consigne.
Titre: Re : Alimentation laboratoire 0-30V 0-3A
Posté par: Cécile le juin 10, 2019, 10:34:44 pm
Bonjour,
J'ai donc simulé le filtre du troisième ordre, avec une tension en entrée carrée, de 10kHz, avec un rapport cyclique de 50%. L'ondulation de sortie est de l'ordre de 15µVpp. A la sortie de l'aop, l'amplitude est multipliée par 11; Et en effet, j'observe (approximativement) 160µVpp. En tout cas merci, je ne pensais pas LTspice si simple d'utilisation! :)  Je pense que cette ondulation est négligeable (surtout au vu des 0.01% fixés).

Quand au temps de réponse, il est d'approximativement 40ms, reste à savoir si cela est trop important ou pas:  pour que ce soit gênant, il faudrait que le nb de changement de consigne dépasse 25 par seconde (1/0.04=25). Soit 1tr/s avec un encodeur logique...

Par contre un problème est apparu:  à la sortie du filtre, avec un signal carré d'amplitude 3V et rapport cyclique de 50%, je n'ai pas les 1.5V prévus, mais 1.82V... Et j'ignore totalement d'ou viennent les 0.32V en trop. A essayer dans la réalité, donc (breadboard).

Merci pour votre aide, et bonne soirée.
Titre: Re : Alimentation laboratoire 0-30V 0-3A
Posté par: Yffig le juin 11, 2019, 11:27:10 am
Excellent , Cécile !
LT-Spice est un outil génial, gratuit, simple (si, si.. quand on sait s'en servir) et non destructif ;).
Continue à t'en servir, avance progressivement dans sa maîtrise (tu pourras intégrer des modèles de composants actifs: diodes, BJT divers et variés, des JFet, des sub-circuits de puces (pas de µC cependant), des MOSFETs divers et variés (en mode sub-circuits cependant), et beaucoup beaucoup plus.. Si tu veux, je te communiquerai un tuto en anglais avec des exemples absolument bluffants  ;)

Dans ta simulation tu as "oublié" de mettre toute la circuiterie qui tourne de U1A (j'ai fait exprès de ne pas te le dire afin que ta simulation soit vraiment basique (tu peux et dois aussi réduire les temps de montée/ descente de ton signal PULSE)

Tu aurais pu faire aussi sur la même simulation (.asc) une simulation "AC Analysis" en prenant soin de mettre mieux paramétrer V1 (Click droit sur V1 --> Advanced, Small signal (AC) Analysis, tu mets 1 dans AC Amplitude et tu laisses Phase à vide). Tu obtiendras instantanément la réponse en fréquence de ton circuit dans le range que tu auras défini.. c'est-y pas beau ?  8)

Un point à prendre en compte, et tu l'as fait pour la sortie que tu as visualisée,: Mettre des Labels dès la création du circuit, par exemple sur V1 mettre un label PMW car dès que tu vas modifier ton circuit, il va changer les références des noeuds  dans la "netlist" et les points de mesure du graphique ("plot") vont être complètement déplacés.

Concernant ma réaction épidermique à la vue d'un PWM utilisé en mode "linéaire", je veux encore une fois m'excuser d'avoir réagi si rapidement et m'être trompé de diagnostic (résiduelle de PWM au lieu de temps de réponse). C'est une réaction reptilienne liée à mon expérience calamiteuse des petites PLL CMOS 4046/HC46 quand on utilise le OU Exclusif en comparateur de phase (c'est du PWM...). En effet, la modélisation théorique de l'asservissement de phase ne tient pas vraiment compte du fait que le comparateur de phase XOR délivre un signal PWM qui ne peut être stabilisé en valeur moyenne constante qu'après un certain temps comme tu l'as constaté toi même. En utilisant un DAC, tu auras aussi un retard à la commande, en particulier lié à la transmission série de la consigne vers le DAC. SPi peut être meilleur qu'I²C de ce point de vue. Il y a clairement un compromis à trouver entre niveau de résiduelle et temps de réponse quand on utilise PWM en régime "linéaire"...

Le pb de tension moyenne différente de Vref/2 que tu décris n'apparaît pas chez moi (je simule uniquement les 3 cellules RC en cascade, ie sans l'ampli op).  Je vais regarder de mon côté avec un Amp Op ce soir et te répondre.

Sinon, j'ai des remarques importantes qui concernent la partie Darlington et je les ferai ce soir.

 ;) Bon réveil à l'autre côté de l'Atlantique  ;)

Yffig
Titre: Re : Alimentation laboratoire 0-30V 0-3A
Posté par: Yffig le juin 11, 2019, 10:31:21 pm
Bonsoir (de mon côté de l'Atlantique) et Bonjour (de ton côté),

Concernant la valeur moyenne en sortie de filtre qui n'est pas Von/2 (Von est celle définie par ton signal PULSE).... je te laisse y réfléchir toute seule (indice: je t'ai donné sans le savoir la raison au 2° paragraphe de ma précédente réponse).. Si tu calcules à la main la valeur moyenne de ton signal PWM, tu verras que ce n'est pas Von/2 ! Pas besoin de calcul d'intégrale très compliqué pour la déterminer...
SPICE ne ment jamais... Il fait les calculs que tu lui demandes et les fait avec extrême précision si tu définis correctement le contexte de simulation.

N'oublie pas d'ajouter autour de l'OpAmp tous les condos que tu as mis sur ton schéma (et avec un opAmp réel tel que le LT1057 et de simuler en AC Analysis aussi)

Ensuite, qq points de détail: tu as gardé le produit RC constant mais avec des R*10 et des C/10 par rapport à ton schéma..., reste cohérente (et utilise plutôt le symbole European Resistor qui est dans le répertoire Misc plutôt que le symbole US de la barre du menu qui est esthétiquement très laid, mais c'est une question de goût). Apparemment tu as essayé plusieurs OpAmp sur le même schéma ( ton OpAmp est numéroté U3... il devrait s'appeler U1...) et tu as donc pris en dernier l'Universal OpAmp2 qui est le bon (perso j'utiliserai ensuite un OpAmp plus réaliste, . le LT1057 par ex qui est un TL082 amélioré).
Dans la définition de ton PULSE, tu as mis Ncycles=0..., tu as de la chance que Spice l'interprète comme un "While True" et arrête la simulation à la valeur donnée dans TRAN (0.06s dans ton cas). Mets Ncycles à une valeur cohérente avec la durée de simulation que tu attends, ça te sera utile pour réaliser des simulations un peu plus sophistiquées avec des sources qui se déclenchent à des instants différents.

Pour ce qui concerne ton darlington ballast, il y a un "TRES GROS LOUP":
-R1 et R5 de 0.1R servent à équilibrer les courants des 2 ballast TIP41C. Pour 3 A max en sortie, chaque transistor aura donc un courant d'émetteur d'environ 1.5A.
Les tensions sur ces résistances seront alors de ~150mV, ce qui va plutôt bien équilibrer les courants des 2 TIP41C MAIS NE VONT JAMAIS déclencher la protection par les 2N3904 Q2 et Q4 auxquels il faut un Vbe de 600mV pour limiter le courant de sortie à la valeur LIMITE que tu souhaites, avec 0.1R il ne seront déclenchés que pour ~ 6A par transistor soit 12A !!!!!!=> Tu dois mettre une résistance supplémentaire derrière le point de jonction de R1 et R5 qui sera en // avec la jonction BE d'un 2N3904, je te laisse calculer la valeur de cette résistance et sa dissipation. Sa valeur sera proche de 0.6V/1.8A par ex soit 0.33R mais c'est très dépendant des caractéristiques Ic(Vbe) du 2N3904 que tu utiliseras.. Spice peut te fournir cette courbe à partir du modèle 2N3904 standard qu'il utilise mais le mieux c'est de la mesurer sur tes 2N3904 à VCE ~ 1.3v.
- R3 et R7 sont surdimensionnées en valeur et en puissance. Calcule le courant de base des TIP41C à I out max= 1.5A et ajuste tes valeurs R et W.
- Il manque une résistance "de fuite" entre l'émetteur du driver 2SD882 et le point de jonction R1- R5.
- RAS pour R8
Tu peux facilement simuler cette partie avec Spice: prend comme ballast des 2N3055, en driver un 2N2219A, et un 2N3904 en protection dans la bibliothèque standard, des sources de tension et une résistance de charge. tu auras tout loisir de regarder comment ça "roule": courants, tensions, puissances dissipées, réponses transitoire et en fréquence, etc.

Yffig
Titre: Re : Alimentation laboratoire 0-30V 0-3A
Posté par: Yffig le juin 11, 2019, 10:41:08 pm
J'ai oublié de préciser que Spice ne connaît pas la notion de potentiomètre... Pour le simuler il faut passer par une directive STEP.
Titre: Re : Alimentation laboratoire 0-30V 0-3A
Posté par: loulou31 le juin 12, 2019, 08:17:11 am
Bonjour,

Bon courage pour cette initiative de circuit.

Pour l'alimentation auxiliaire de 5 et 3.3V, moi je partirai du 34V avec deux régulateurs série, au lieu de mettre un autre transfo + pont diode + filtrage. Comme le courant va être d'une dizaine de mA dans ces circuits la dissipation dans les régulateurs série sera faible, au pire on peut mettre une résitance en série en amont.

Pour la reference de 3.3v faible bruit je pense que ce n'est pas indispensable dans la mesure où le reference va sortir d'un PWM va avoir un certain bruit résiduel, même après filtrage. A ce propos une constant de temps de 40ms est à mon avis un peu  élevée, car c'est 40mS à 67% et qu'on arrivera à la consigne finale qu'après une seconde environ.

Je ne comprends pas pourquoi il y a deux circuits un de regulation de courant et un autre de protection de courant, ces deux fonctions pouvant être réalisées dans le meme circuit . Concernant le circuit de regulation de courant j'ai vu des constantes (R*C) de temps importantes dans la mesure du courant qui font que la regulation va être lente ( c'est peut être pour cela qu'il y a un circuit séparé pour la protection CC).

Attention à la dissipation dans les ballasts, tu vas avoir plus de 50W en CC dans chaque transitor. Donc prévoir refoidissement suffisant.

Pour la tension à vide en sortie du transfo tu vas avoir plus de 34V car le transfo est spécifié pour 24V efficace au courant nominal de 3A ce qui veut dire que tu auras à vide 26 à 28V efficaces soit pas loin de 40V à vide redressé ce qui peut poser probleme avec les Opamp utilisés.

Pour la mise au point je mettrai un seul ballast et limiterai le courant de  CC  à quelques centaines de mA avec une valeur de R1 / R5 de quelques ohms  ....on sait jamais.  a noter qu'il faut une résistance de quelques W et non une simple 1/4 W.

Jean-Louis
Titre: Re : Alimentation laboratoire 0-30V 0-3A
Posté par: Cécile le juin 12, 2019, 01:09:22 pm
Bonjour,
Yffig:

Je comprend pourquoi je n'obtiens pas Von/2: il y a des temps de montée et descente... Qui sont rognés sur la partie "Toff". Ainsi, si on fait un petit calcul, on retrouve Vout=vin*0.6... Donc Vout =1.8V.  ;)
Sinon, quand je dis Spice lies, ce n'est pas pour dire que spice est mauvais: c'est pour dire qu'il y a toujours une différence entre simulation et réalité. Loin de moi l'idée de dire qu'il est mauvais, surtout vu mon niveau! :)

pour les valeurs R*10 et c/10, c'était un test afin de vérifier qu'il n'y avais aucune différence entre les deux (j'explore un peu), et j'ai oublié de remettre les valeurs de base avant de partager le schéma... Pour U3, j'ai effectivement essayé plusieurs aop. Pour Ncycles, je savais qu'il fallait mettre 0 car Dave Jones avait fait une simulation similaire, et avais mis Ncycles=0 ;)


Pour les résistance R1 et R5: Si j'ai en sortie du transformateur 24*sqrt(2)=34V, avec une chute de tension (transistors, résistance ect) de 0.6*2+0.3+0.12=1.92V... mettre des résistances plus corsées pour rendre les 2N3904 passants pour 1.5A, cela donnerais : 0.6*1.5=0.9Ohm. Mais nous aurions une chute de tension de 0.6*2+2(0.9*1.5)+0.12=4.02V... Sinon, comme dit dans le premier post, cette protection est juste là pour protéger les BJT, qui peuvent supporter 6A continu et 10A en pic. Je ne sais pas comment faire mieux, là :/
Et en effet, d'après mon testeur de composant (LCR-T4), mes 2N3904 on une tension Vbe de 0.685V, et non pas 0.6V. Pour une mesure plus fiable, je dois attendre mon nouveau multimètre (ut61e).

"Tu dois mettre une résistance supplémentaire derrière le point de jonction de R1 et R5 qui sera en // avec la jonction BE d'un 2N3904" Je suis désolée, mais je ne comprends pas...

Pour R3 et R7, j'obtiens R=U/I=33/0.1=330Ohm , avec 33V tension maximale,  et I=1.5/15=0.1A (15 est le gain min d'un TIP41C)
Et P=R*I²=330*0.1²=3.3W.

Une résistance "de fuite" a effectivement été oubliée, j'en met une de 1kOhm, à tester (c'est la valeur sur le kit chinois).

Pour les simulations, j'y travaille.

Jean louis:

Bonjour,
le courant ne seras pas de quelques mA... 50mA (ventilateur), plus l'écran (tft 3.2 pouces), mettons 100mA (je ne l'ai pas encore, je ne peux mesurer), plus la petite bidouille, on arrive à au moins 200mA. Ce qui nous donne (si on admet que les 0.2A seront sous 5V) 5.8W à dissiper... ce n'est pas énorme, en effet, mais comme j'ai déjà de quoi redresser/filtrer ect, je préfère le faire.

La référence de tension sert aussi pour les ADC, donc je préfère en mettre une. Toutefois, je ne sais effectivement pas si il est vraiment important de mettre du 3.3V faible bruit (utile serait un mot plus juste). Sinon, je compte passer à des DAC à la place du PWM, des MCP4725.

Pour les deux limites de courant, vous voulez parler de Q2 et Q4, ainsi que le bloc "Controled current & Current measurement"? Q2 et Q4 servent juste à protéger les BJTs, au cas ou il y aurais une faible impédance en sortie, le bloc "Controled current & Current measurement" agit comme une limitation de courant normale. Et en effet cette partie est lente, je suis en train de chercher  des aop plus rapides (l'ina301 qui mesure le courant a bien 4V/µs, il faut que le reste suive, et le TLV07 n'est pas à la hauteur avec ses 0.4V/µs), mais aussi à voir avec les constantes R*C (vous voulez parler du filtre passe bas en sortie de l'INA301, en particulier?).

Oui, j'ai de quoi dissiper toute cette chaleur, d'ou le ventilateur et le gros dissipateur qui sera dessus. En cas de chaleur excessive, l'alimentation sera coupée.

Merci pour les chiffres sur le transfo, je ne pensais pas qu'il monterais si haut... et il faut que je regarde jusqu'où il descend, en charge.

Pour un ballast unique, je vais voir si je trouve un transistor qui puisse prendre autant de W. Que voulez vous dire par " limiterai le courant de  CC  à quelques centaines de mA"? limiter le courant dans la base du transistor ballast, j'imagine?

En tout cas merci beaucoup pour votre aide à tout deux, je vais faire des simulation, regarder pas mal de choses, puis poster un nouveau schéma, avec tout les changements nécessaires.

Encore merci et bonne journée!
Titre: Re : Alimentation laboratoire 0-30V 0-3A
Posté par: Yffig le juin 12, 2019, 09:34:13 pm
Bonsoir Cécile,

Bravo ! Tu as vu où était ton erreur , classique celle-ci, il y en a des bien plus corsées :P

Concernant Spice, je dirai qu'il y a beaucoup plus de différence entre ce que l'on pense marcher (dans sa tête) et la simulation obtenue qu'entre la simulation et la réalité... C'est à ça que sert Spice qui à l'origine était un outil de conception de circuits intégrés.
Si la réalité diffère de la simulation, c'est que Spice utilise des modèles avec des paramètres multiples (et très multiples...) qui ne seront pas exactement ceux de ton composant mais ils sont suffisamment proches pour que la simulation ait tout son sens.

!! Faut pas copier tout ce que Dave fait !!, il est vraiment trop bon et il sait très bien ce qu'il fait, contrairement à nous  ;)

Pour la protection "ultime" en courant (ultime voulant dire que sa valeur de courant doit être un peu supérieure au CC max que tu as défini afin de protéger tes transistors avant que CC ne se mette en oeuvre (*) , regarde le schéma joint:  tu n'as besoin que d'un 2N3904 (et tu te rappelles sans doute ta remarque au tout début de ces échanges où j'appelais ce transistor un "petit BJT" alors que j'utilisais un TIP41C... à cause de la courbe Ic(Vbe) différente selon la taille de ce transistor). Je te fournis deux relevés de ces courbes Ic(Vbe) pour des valeurs de VCE faibles et pour 2 transistors: 2N3904 et TIP41C sortis au hasard de mon stock:
- le 2N3904 a besoin de 0.7v pour dériver 2 mA et 0.75V pour dériver 10 mA et donc quasiment bloquer ton darlington (ce que tu as effectivement mesuré
- le TIP41C se contentera de 0.6V pour dériver 4 mA
Donc selon "la taille du transistor" de protection la résistance R Limit aura une valeur sensiblement différente. Par ex. pour une paire de TIP41C si tu veux une Limite "ultime" à 3A, il te faudra 0.2 ohms dissipant au max 0.6v*3A soit 1.8W (mettre une 5W), avec un 2N3904, il te faudra, toutes choses égales par ailleurs, 0.71V soit 0.71/3A= 2.37 ohms et 2.13W. J'ai pris 3A mais tu peux monter à 3.5A ou 4A comme valeur ultime mais pas 6 ou 10 A même si tu espères que ta limitation CC prendra la main "rapidement". La datasheet ON semi du TIP41C te dit même (fig.5 Safe Operating Area) qu'à 30V de VCE, tu ne dois pas dépasser 2A !!!!! Ca va cramer tout de suite, comme un 2SD1047 de sinistre mémoire...
D'ailleurs tu changes trop souvent de choix pour ce transistor ballast.... Un conseil de vieux schnock, j'ai fait 2 alims il y a 5 ans de +&- 24V/ 6A avec un seul bon vieux 2N3055 ST micro en  boitier TO3 par canal, un TIP41C en Ultime protection avec R limit à 0.1 ohm que j'ai pu court circuiter  allégrement sans "magic smoke". Ces 2N3055 de chez ST se trouvent facilement sur AliExpress ou eBay à des prix raisonnables. A toi de voir. Si tu les trouve trop chers ou si tu crains que ce ne soient des fakes, je t'en offrirai 2 + 1 spare pour ta réussite au Bac et avec les isolants qui vont avec. Je te le promet mais tu devra faire 4 trous sur ton radiateur...
Ne fais pas une fixette sur la tension non régulée avec un transfo 24V AC, d'abord la tension dépendra du condo de filtrage (4700µ c'est pas mal mais pas pour 3A (tu auras une ondulation résiduelle d'environ 6.4 Vpp) et puis faudra revoir le pont redresseur etc..., n'espère pas trop 30V à 3A, 30V en sortie à 1A serait déjà bien et 24V à 3A tout à fait acceptable, sinon change de transfo.

- je vois pas pourquoi tu mets R3 et R7: une bonne pratique courante est de mettre dans la base d'un collecteur commun une PETITE résistance pour empêcher un phénomène de "résistance négative" qui fait osciller le montage mais pas besoin dans le cas d'un darlington (j'ai 1K en série avec la base du driver dans le schéma joint). Tu en veux la preuve ? Télécharge la datasheet des TIP140/141/142: il n'y en a pas ! Par contre il y a des résistances de "fuite". Historiquement avec des transistors au Germanium, la 1ère  résistance servait à dériver le courant de fuite Icbo (plutôt élévé en Ge) pour éviter qu'il ne soit amplifié par le second transistor. Avec des transistors au Silicium dont l'ICbo est très faible, ces résistances sont toujours là mais elles servent à fixer un courant minimal pour le premier transistor (~0.6V/R)  car le gain en courant (dynamique pas continu) dépend linéairement du courant de repos de ce transistor.
Tu calcules, je ne sais pas trop quoi..., avec un gain DC minimum du TIP41C à 15...C'est effectivement ce que dit la datasheet ON page2. Je te fournis ci joint la courbe que j'ai relevée sur un TIP41C ST micro: le gain DC est au moins à 120 pour Ic= 2mA, il est vrai qu'il diminue aux forts courants (cf la datasheet ON fig.8 : à 1.5A tu as encore un gain DC de 60, le gain DC de 15 est la valeur à 6A ....
Je pourrai continuer mes commentaires mais il faut que j'arrête par un DERNIER CONSEIL:
Mets ce projet de côté, Bosse surtout ton BAC et tu y reviendras APRéS.
Je suis certain que tu arriveras à réaliser la partie analogique.

Bonne soirée et à plus.

(*):dans sa vidéo sur l'alim MCH-K305D Cyrob, à partir de 16'30, teste le temps de réaction du CC de l'alim,  il mesure ~100 ms et constate que c'est plutôt une assez bonne valeur comparée à d'autres...
Titre: Re : Alimentation laboratoire 0-30V 0-3A
Posté par: Yffig le juin 12, 2019, 09:55:36 pm
Erratum: 0.71/3A # 0.24 ohms
Titre: Re : Alimentation laboratoire 0-30V 0-3A
Posté par: Yffig le juin 13, 2019, 06:50:10 pm
Bonsoir Cécile,
En complément à ma réponse d'hier voici comment s'évalue "à la louche" l'ondulation Vpp sur le condo de filtrage d'une alim double alternance:
On considère que le condo C se charge "instantanément" à V(peak) et se décharge à courant constant I pendant dT = 10 ms.
La charge du condo est Q= C*V et sa décharge suit la loi Q=I*t.
En différenciant les 2 expressions de Q, on obtient dQ = C dV = I dt, d'où dV (perte de tension en V durant 10 ms) = I (en A) * dt (=10 ms) / C (en F)
Pour I = 3A et C= 4700 µF, tu auras 6.383Vpp valeur approximative.

Et comme tu maîtrises suffisamment LTSpice, voici un fichier source (.asc) qui correspond au schéma ci-joint.
Les composants sont en standard dans LTSpice, le condo électrochimique est un modèle Nichicon de 4700µ avec son ESR, les diodes sont des 4A en continu et j'ai ajouté une résistance série de 0.1 pour le câblage et le transfo (un peu faible, à voir...).
Quand on simule, on obtient une ondulation résiduelle de 4.65V (versus les 6.4V estimés à la louche).
Tu peux voir que I moyen dans la charge est d'environ 3A.
Il est intéressant de visualiser aussi le courant dans le condo et les diodes....Les valeurs crête sont surprenantes et nombre de  de bidouilleurs n'en n'ont pas conscience. Ce dernier point est pourtant ESSENTIEL et explique la "ronflette" parasite d'une montage audio dont le point de retour ("masse") n'est pas câblé en étoile.

Allez, bon BAC !

Yffig
Titre: Re : Alimentation laboratoire 0-30V 0-3A
Posté par: loulou31 le juin 17, 2019, 12:19:17 pm
Bonjour Cécile,

Bon BAC, et félicitations car je vois que tu es passionnée, et surtout douée en électronique à ce que je vois.
Ton projet peut sembler facile :une alim régulée quand on regarde de plus près il y a de la regulation en courant en tension, des protections, du filtrage, de la puissance. C'est un projet complet. Moi je te conseillais de faire fonctionner au début avec des courants limités et un seul ballast pour éviter de voir de la fumée sortir de ton montage à la première mise sous tension! En fait ça fait aussi partie du métier. Oui attention au câblage car à la vue des courants elevés dans le redressement, ça peut induire de l'ondulation en function du courant dans la charge....

Jean-Louis
Titre: Re : Alimentation laboratoire 0-30V 0-3A
Posté par: Cécile le juin 25, 2019, 11:38:09 am
Bonjour bonjour!

Voilà la seconde version de cette alimentation de laboratoire.
Modifications apportées:
FEUILLE 1
- transformateur changé
- le pont de diode a été choisi, il est adapté aux forts courants (d'après la simulation, il convient)
- Les capas de filtrage on été modifiés, on passe de 4700µ à 6x2200µ soit 13200µF (plus ne serait forcément rentable, moins serait trop bruyant)
- L'étage de puissance a été modifié, et simulé (schéma de la simulation en pièce jointe)
- Les aop ont été changés, afin d'avoir de meilleures performances (plus rapides, tension de fonctionnement plus haute, par exemple)
- Le réglage de la tension d'offset pour les aop de régulation de courant / tension est plus adapté.
- un certain nombre de petits connecteurs ont été rajoutés, pour les tests notamment
- le SD882 a été remplcé par un BD139 (c'est un équivalent)
FEUILLE 2
- le PWM a été remplacé par des DAC MCP4725.
- De l'eeprom a été rajoutée (pas forcément utile, c'est surtout si je veux faire des tests, plus tard; pas forcément peuplé sur le pcb, donc)
FEUILLE 3
- Une tension de -3.3V a été ajoutée (pour les aop, réglage de l'offset, bref, c'est très utile)

Ce qui reste à faire:
- le connecteur pour l'écran est mauvais. Celui que j'utilise requiert 5 + 8 broches, ce qui vas rapidement limiter celles du stm32...
- les broches du stm32 ne sont pas optimisées (pour l'orientation sur le pcb)
- Le choix de U3 est éventuellement à revoir
- il faudrait limiter la bande passante du INA301A2
- Le nombre de tensions différentes est un peu trop grand à mon goût, mais chacune est essentielle, donc bon...
- le code est encore à faire...
- si la charge de l'alimentation est bruyante, quelle sera l'influence sur les mesures?
- essayer d'avoir une mesure tension courant la plus stable possible


Résultat global de la simulation (en pièce jointe)
- Le bruit en sortie est inférieur à 0.001%, à 30V et 3A (cela convient, on est dans le cahier des charges)
- l'augmentation du nombre de capas de filtrage, ainsi que la capacité globale permet à présent une oscillation de sortie de 1.7Vpp, avec un courant à l'allumage de 15A dans chacune des capas, puis de 2A (avec une charge de 3A).
- la tension de 36V met 800ms à s'établir... mais le temps que l'alimentation s'allume (logiciel), ce n'est pas gênant.
- la limitation de courant (Q4 sur la simulation) permet de limiter le courant à max 3.7A. Par contre, si cette limite de courant est active trop longtemps, elle se met à osciller... avec une amplitude de 2V environ, et nous avons des pics de courant allant jusqu'à 4A. Elle se met à osciller en 1.5ms (environ) dans une situation de court circuit (plus le courant à fournir est élevé, plus le temps avant qu'elle oscille est court). Il serait donc bon que l'autre limitation de courant prenne le relais avant que l'oscillation ne commence... Soit en de l'ordre de 1ms.
- le régulateur de tension (36V) a un bruit de 26mVpp dans le pire des cas (3A de charge, bruit de 1.7Vpp en entrée)
- plus C1 est élevé, plus l'oscillation de sortie est élevée.


Ordre de montage sur le pcb (pour éviter la quantité de casse)
- pont de diode et filtrage, on vérifie la tension de sortie à vide
- montage du second transformateur, avec toutes ses tensions (5v, 3.3v, -3.3v)
- mise en place de l'étage de puissance, ainsi que de l'aop de régulation de tension, et on applique une tension sur sa broche non inverseuse pour tester le circuit.
- mise en place de la limitation de courant, test.
- montage des deux ref de tension, test
- mise en place des deux DAC, test
- On monte le uC, test.
- on finit avec le reste (connecteurs...)

Réponse à vos posts, à présent :)
Yffig:
Je n'ai pas copié ce que Dave a fait, j'ai compris ce qu'il a fait, et je l'ai reproduit (le 0 pour dire tout n'est pas rare, même si j'ai plus l'habitude de voir 9999 dans ce cas).
Vous aviez raison pour le TIP41C pour la limite de courant, j'ai testé les deux et j'ai 5.8A max (avec le 2N3904).
Pour R3 et R4, c'est une très grosse erreur de ma part, j'avais en tête que ces résistances servaient à limiter le courant passant dans la base des transistors, et qu'ils étaient absolument nécessaires. Il y en avais d'ailleurs, sur le premier topic que j'avais créé (l'autre schéma inspiré d'eevblog), du coup, je pensais avoir raison. D'ailleurs, sur la simulation, à 1A 30V, on ne dépasse pas 100µA à la base du transistor (le bd139).
Une limite de courant à 100ms? mais c'est nul, non? Enfin, je veux faire mieux que ça, personnellement... C'est d'un lent, 100ms...
Pour l'oscillation de sortie après filtrage, le problème à l'air réglé. Pour le pont de diode, je pense aussi, du moins, si j'ai bien lu la datasheet, mais normalement, c'est bon.
Le radiateur utilisé sera un amd, donc 4cm d'épaisseur... Impossible de fixer des 2N3055 là dessus ! En tout cas, merci beaucoup pour la proposition!
Et, merci pour vos conseils!!! :)

Jean louis:

Merci, mais je reçois aussi beaucoup d'aide, d'Yffig, notamment. Et puis, le design de base n'est pas de moi...

Voilà, je pense que c'est tout... J'espère arriver au bout de la partie théorique, il me resteras le routage, puis les tests.

En tout cas, merci pour toute votre aide!

Cécile




Titre: Re : Alimentation laboratoire 0-30V 0-3A
Posté par: Yffig le juin 26, 2019, 07:44:04 am
Bonjour Cécile !
D'abord on espère tous que tes épreuves du bac se sont bien déroulées.
Je vais répondre rapidement à ta nouvelle mouture, sans pouvoir être exhaustif (y' a beaucoup à commenter), je vais donc me contenter de qq remarques initiales à partir du schéma Simu.png de LTSpice:
-Tu pars de 50V non régulés...Quand tu fais un court circuit (avec un courant limité uniquement par Q4 et R5) tu auras environ 0.6V/0.15= 4A soit environ 200W à dissiper dans tes 2 TIP41C sur radiateur AMD (? qu'est ce ? quelle taille , quelle résistance thermique ?) et même avec un ventilo...je te garantis que ça ne tiendra pas !
Très généralement tu auras souvent besoin de 5V, 3.3V, voire 12v et un fort courant soit une tension et donc une dissipation de plusieurs dizaines de W dans chaque transistor. Ca va pas le faire...
-Tu parles de bruit...N'est ce pas plutôt de "ripple" dont  il s'agit (en bon français de résiduelle 100 Hz) ?
- Les 100ms de temps de réponse de la partie CC que j'ai évoqués précédemment (en citant l'expérience de Cyrob pour confirmer mes propres tests) ne peuvent pas être mis en évidence par ta simulation puisque la partie CC n'y existe pas. Q4 et R5 ne sont pas une CC mais une PRECAUTION ULTIME. L'ensemble transistors ballast et Q4 forment en quelque sorte un unique composant dont le temps de réponse est très rapide et elle n'est pas la cause de l'oscillation que tu constates...
Cette oscillation (de la régulation de tension !) est liée à la très fragile stabilité de la boucle de régulation de tension, et encore, tu n'as pas chargé ta sortie avec un bon gros condo....(test obligatoire ! j'y mets à demeure un 1000µ !).
Cet aspect stabilité  de la régulation de tension (qui s'observe pas en sortie régulée mais DANS LA BOUCLE ELLE MEME, en sortie de l'AmpOp) est un sujet vraiment délicat et "touchy" qui ne se finalise que sur prototype.

Bref, ne t'emballe pas trop vite, il y a encore du boulot, en particulier sur les aspects puissance dissipée dans les ballasts, je pense que tu es largement sous dimensionnée; un TIP41C à une température de boîtier de 80°C ne peut même pas supporter 40W (cf Datasheet ON Semi fig.1 par ex.);

Bon courage.
Yffig

Titre: Re : Alimentation laboratoire 0-30V 0-3A
Posté par: Yffig le juin 28, 2019, 06:56:48 am
Bonjour Cécile,
J'espère que tu as pu accéder au doc dont je t'ai transmis l'URL (c'est probable que tu sois alors plongée dedans...)

Je voulais juste te faire une remarque, je te cite:
"Une limite de courant à 100ms? mais c'est nul, non? Enfin, je veux faire mieux que ça, personnellement... C'est d'un lent, 100ms..."

Il te faut rester calme et humble  ;)
Je t'ai transmis l'expérience de Cyrob qui a constaté que la limitation de courant CC met au mieux 100ms pour être active sur grand nombre d'alims du commerce. Je t'ai déja signalé que si ces alim valent des dizaines et même des centaines d'euros, c'est pas pour t'arnaquer .
Si des équipes d'ingénieurs de R&D n'arrivent pas à faire mieux que 100 ms, N'IMAGINE PAS que TU FERAS MIEUX, NON !
Il y a une raison à cela: que tu sois en CV ou en CC, tu as toujours affaire à un asservissement = système bouclé dont tu dois assurer la stabilité sous toutes conditions (tu l'as même simulé et constaté que ça oscillait... en CV).
Pour ce faire, il est nécessaire de "couper la bande passante en boucle ouverte (BO) de l'asservissement assez tôt (en fréquence) pour que le gain en BO devienne < à 1 quand la phase en BO s'approche de 135°...180° (je ne sais pas si tu as acquis ces notions), ou autrement dit, il te faut créer un pôle de compensation suffisamment bas en fréquence pour respecter la condition (c'est le rôle du condensateur "intégrateur" en sortie de l'AmpOp et l'entré inverseuse).
C'est donc essentiellement pour cela que les alims linéaires ne sont pas des"foudres de guerre" en régime transistoire:
- en mode CV, tu vas améliorer cette réponse en transitoire avec un bon gros condo en sortie (bien que celui ci influe sur la réponse en BO...mais l'art de l'ingénieur c'est le compromis...)
- en mode CC, tu dois donc mieux comprendre pourquoi ça met 100 ms avant de réagir... et que ton courant délivré doit être limité par un autre moyen avant que CC ne soit active (c'est le rôle de LIMITE ULTIME) pour protéger tes transistors ballasts (cf l'alim chinoise de base qui crame son SD1047).

Autre point: C14 de ton schéma 1 (C5 de ta simulation)... Tu es sûre de toi ?
(NB: dans ton schéma 1, tu as même oublié de brancher le feedback de Vout sur l'entrée (-) !)

Et aussi, selon certains auteurs 50v en DC... ça commence à être potentiellement dangereux ! "'Tention à où tu mets tes mains

Bonne journée
Titre: Re : Alimentation laboratoire 0-30V 0-3A
Posté par: Cécile le juin 30, 2019, 12:13:13 pm
Bonjour,
Désolée pour le délai.
En effet, je me suis un peu énervée pour le "C'EST LENT 100ms!!!!", je sais que j'ai tort. C'est juste que je me demande quand à son utilité, si c'est aussi lent... Et je ne dit pas que les ingénieurs sont des incapables, juste que bon... 100ms... c'est grand... après, il y en a qui réagissent en 250µs, mais c'est beaucoup plus complexe, j'imagine.
Après, il serait possible d'utiliser la fonction limite de courant de l'ina301 (c'est un comparateur) pour stopper l'alimentation en moins de 10µs, mais pas de CC alors, plus une OCP

Le radiateur AMD est la radiateur de base donné avec les processeurs amd: il fait 90x90x25, 28 ailettes de chaque coté, de 1mm d'épaisseur. il est facile à fixer, et refroidit bien. Mais pas pour 200W, effectivement. (mm si c'est moins en réalité)

Par bruit, je voulais dire 'ripple'. 'Petit' abus de langage...

Pour 'couper' la bande passante en boucle ouverte, en effet je n'ai pas toutes les notions, mais je comprends quand même. Pour mieux appréhender tout ça, je vais probablement faire des simulations en plus.

Pour C14, non, je ne suis pas sûre, je l'ai surtout mis là pour filtrer, mais en l'enlever affecte peu (pas) le circuit.
Et en effet, Vout n'était pas relié à la broche - (j'abrège).


Sinon, je pense baisser la tension de mon alimentation à 20V, et l'intensité à 2A. En effet, je ne pense pas avoir l'utilité de 30V, pareil pour 3A... Et puis, j'ai un peu fait mes comptes, et baisser la tension / courant met permet d'économiser pas mal (forcément, le transfo, filtrage...), mais aussi de réduire la chaleur à dissiper. Le tout me permettrais de finir le projet plus rapidement.. Et puis, effectivement, 50V, c'est dangereux (mais bon, ça va).

Merci pour votre aide!

Cécile
Titre: Re : Alimentation laboratoire 0-30V 0-3A
Posté par: Yffig le juillet 01, 2019, 10:23:04 pm
Bonsoir Cécile,
Je regardais le schéma de ta simulation sous LTSpice , sans doute avec la XVII puisqu'il y a un ADA4522-1 qui n'existe pas dans la version IV, tout du moins dans la 4.23i que j'utilise.
On trouve aussi dans ta simulation les 2 BJT suivants: TIP41C et BD139 non disponibles en \lib\cmp\standard.bjt de la XVII ... C'est donc que tu as trouvé leurs modèles Spice sur le net et que tu les as importé dans la version XVII, non ?
Tu progresses bien  8)
Je suppose que tu as ajouté les .model de ces 2 BJT dans standard.bjt, non ?
Je ne sais pas encore comment fait la XVII que je viens d'installer mais en ce qui concerne la IV, chaque update de LTSpice écrasait les .model que j'avais ajoutés dans cette bibliothèque standard.bjt. Pour éviter cette galère, j'ai créé des fichiers texte pour conserver ces importations (par exemple pour les BJT, j'ai un fichier BJT.lib dans \lib\sub où je mets tous les .model que j'ai récupérés) et dans mon .asc, j'ajoute la directive Spice suivante:  .include bjt.lib. J'ai fait idem pour les diodes et les Jfet.
Pour des composants plus sophistiqués (MOSFet et Puces), il faut passer par les subcircuits et la bibliothèque personnalisée \AutoGenerated ce que je n'ai pas encore testé sur la XVII mais je vais le faire et je te dirais si c'est OK...à moins que tu ne sois suffisamment avancée pour l'avoir déjà fait  ;)

Un détail sur ta simulation: tu as conservé R9 à 0.1R...La valeur à y mettre dépend de la résistance de ton transfo en particulier, je l'avais mise à 0.1 pour ne pas oublier qu'elle existe mais elle est à mesurer ou estimer.

Bonne soirée
Yffig


Titre: Re : Alimentation laboratoire 0-30V 0-3A
Posté par: Yffig le juillet 02, 2019, 11:18:27 pm
Bonsoir Cécile,
Je t'avais promis de développer les aspects Puissance dissipée dans le transistor ballast d'une alim linéaire et sécurité de fonctionnement de la pauvre puce stressée.
Je commence par le cas d'un unique transistor ballast: un 2SD1047, celui de l'alim chinoise...

Je fais ici référence à la datasheet ST Micro d'un 2SD1047.
@ page2- Electrical Ratings Table2, on y trouve:
 -Ptot à Tc (c=case=boîtier)=25°C => 100W (max), c'est bien sûr Pd=Vce*Ic que le transistor dissipe... à condition que son boîtier (case) soit maintenu à 25°C et pas plus !
- Tj (j=junction) = 150°C (max).
On en déduit facilement que, si la température du boîtier est maintenue à 25°C et que le transistor dissipe Pd= Vce*Ic = Ptot = 100W,  c'est que la résistance thermique du D1047 entre jonction et boîtier vaut : (150°-25°)/100W = 1.25°C/W (ou plus rigoureusement 1.25 Kelvin par Watt). C'est bien ce que donne la table 3: Rth j-case =1.25°C/W.
Jusque là pas de pb, l'alim est donnée pour 30V*3A=90W...
Sauf que c'est SI LE BOITIER EST MAINTENU à 25°C... et UNIQUEMENT DANS CE CAS.
Donc il faut ABSOLUMENT maintenir le boîtier à 25°C pour pouvoir tirer 100W de ce transistor, OR
- la température ambiante est souvent supérieure à 25°C => mettre l'alim au frigo ? ;)
- et même si cette condition Tambiante <= 25°C est respectée, la différence de température entre boitier et ambiance est directement dépendante du radiateur utilisé (et de sa ventilation par convection ou forcée par ventilo).
Il est donc en pratique impossible, sauf radiateur de taille infinie ou refroidi par eau de source, effet Peltier, azote liquide .. ;) , de satisfaire à la condition Tcase max =25°C sous nos latitudes...

Suppose alors que tu arrives à maintenir la temp du boîtier à 50°C ou 80°C grace à un très bon ou correct "radiateur":
-A 50°, Tj max = 150° => le delta T entre jonction et boîtier sera de 100°. Avec une Rth de 1.25°C/W pour le D1047, la puissance max que pourra supporter le transistor sera de 100 (°C)/1.25 (°/W) =  80 W
-A 80°, Tj max = 150° => le delta T entre jonction et boîtier sera de 70°. Avec une Rth de 1.25°C/W pour le D1047, la puissance max que pourra supporter le transistor sera de 70 (°C)/1.25 (°/W) =  56 W

Quand cette alim chinoise est mise en court circuit (avec sa limitation CC au max), le transistor va devoir dissiper Vce*Ic:
-Vce est alors en moyenne de 27.6V ( pour Vpeak= 30v et C filtrage de 3000µF) (valeur fournie par LTSpice)
-Ic ~ 3A
soit ~82.8W.
Le radiateur prévu pour 50°C max est plus que limite, celui qui est calculé pour 80° fera fondre le transistor dans la seconde qui suit.

Voilà donc une première approche de la problématique. Ce n'est même pas la peine d'aborder la figure 2 de la datasheet (Safe Operating Area) car la courbe DC Operation du graphique est forcément celle de Tc=25°C, totalement irréaliste...
Donc, quand tu auras fait ton choix de transistor ballast (et du nombre de ceux ci), refais ces calculs très simples et tu sauras très vite si ça va tenir le choc (ou pas !).
Si tu te contentes de 20V et 2A soit 40W en court circuit, avec un système de dissipateur qui t'assure moins de 80°C au boîtier, ce transistor D1047 suffit.

Bonne lecture

PS: il faudra aussi que je revienne sur ta vision du mode CC, ce n'est pas une source de courant constant, c'est une limitation réglable du courant max que va délivrer ton alim.. ça peut vraiment servir même si ça met du temps à réagir (mais le mode CV aussi  ;) ).

Yffig
Titre: Re : Alimentation laboratoire 0-30V 0-3A
Posté par: Cécile le juillet 04, 2019, 04:40:05 am
Bonjour,
Merci pour toutes ces informations très intéressantes.
Sinon, d'après la datasheet du TIP41C, de chez on semi, il tient 40W pour 70°, donc si j'en met deux, cela devrait convenir. (je m'acharne sur les TIP41C car j'aimerais bien en avoir, je n'ai pas de transistors passe-partout de cette puissance, et puis, si ils conviennent...)

Oui, j'ai rajouté des transistors dans le fichier texte de LTspice, On peux convertir du Pspice en LTspice, aussi (BD139). Pour R9, je ne sais pas exactement quelle valeur mettre, je vais voir ce qu'il en est.

Oui, le CC n'est pas une  source de courant constant, même si on peux parfois l'utiliser de manière assez similaire (je crois).

Merci pour tout ça, je vais continuer de lire tAoE, et adapter mon alimentation pour 20V 2A.

Bonne journée,

Cécile
Titre: Re : Alimentation laboratoire 0-30V 0-3A
Posté par: Yffig le juillet 04, 2019, 08:36:55 pm
Bonsoir Cécile,
Le choix du TIP41C est un bon choix mais je suis surpris du prix chez nombre de distributeurs...
Originellement, ce TO220-like est apparu dans les années 70 chez Texas Instruments comme son nom l'indique et puis TI a certainement dû abandonner le process et ne le fait plus. On le trouve chez ON, ST, et autres.
J'avais acheté un lot de ST micro sur eBay (plus son cousin PNP TIP42C) en Thailande à ~030€ pièce chez ThaiShop ETC, aujourd'hui disparu.
Les Allemands de Reichelt ont une seconde source à 0.27€ pièce.. et il y a plein de vendeurs AliExpress à prix fracassés .
Farnell a une 2nde source Multicomp un peu chère (1.46€ à l'unité).

Juste un petit détail: la datasheet ON semi a un bug...
Ils donnent une Rth-jc de 1.67°C/W alors qu'elle est de 1.92°C/W (confirmé par la DS de Multicom chez Farnell) et par le calcul du Power Derate above 25°C de ON (=0.52W/°C):
A 70°C, tu auras donc 65W-0.52*(70°-25°)= 41.6W, qui matche bien avec ton estimation de 40W. Ca roule !
A plus !
Yffig
Titre: Re : Alimentation laboratoire 0-30V 0-3A
Posté par: Cécile le août 01, 2019, 03:31:47 pm
Bien le bonjour!
J'ai fait un peu de simulation, et il s'avère que j'ai quelques soucis!
En effet, je n'arrive pas à avoir à la tension ET le courant assez 'stable' (résiduelle du 100Hz inférieure à 0.001%).
De plus, la limite de courant ne fonctionne pas comme elle devrait, elle ne respecte pas toujours la tension de consigne... ce qui est un soucis... non négligeable...
Pour couronner le tout, quand je met un condensateur en sortie, LTspice n'affiche plus de courbes du tout, mais calcule...
L'équilibre se joue sur R21, R3 et C2, je pense qu'il faut juste trouver des valeurs adéquates pour ces composants (le reste me semble bon?)
Détail sur cette simulation: Au début, la tension de consigne est de 0V, puis à 300ms elle est mise à 3V (20V en sortie) puis à 400ms la tension de consigne de la lmiite de courant est abaissée pour que la limite entre ne jeu. U1, U4 et U2 sont les aops qui gèrent la limite de courant, U3 la tension.

Le .asc de la simulation sous LTspice XVII est en fichier joint.
Voici les .model du TIP41C et du BD139.


.MODEL tip41c npn
+IS=7.55826e-11 BF=260.542 NF=1.11221 VAF=100
+IKF=0.526814 ISE=1e-08 NE=2.18072 BR=26.0542
+NR=1.5 VAR=1000 IKR=3.54059 ISC=1e-08
+NC=1.63849 RB=4.56157 IRB=0.1 RBM=0.1
+RE=0.0162111 RC=0.0810556 XTB=0.1 XTI=1
+EG=1.206 CJE=1.93296e-10 VJE=0.4 MJE=0.259503
+TF=1e-08 XTF=4.06972 VTF=7.1157 ITF=0.001
+CJC=1.09657e-10 VJC=0.730921 MJC=0.23 XCJC=0.803085
+FC=0.8 CJS=0 VJS=0.75 MJS=0.5
+TR=9.01013e-08 PTF=0 KF=0 AF=1

.MODEL Qbd139 npn
+IS=1e-09 BF=222.664 NF=0.85 VAF=36.4079
+IKF=0.166126 ISE=5.03418e-09 NE=1.45313 BR=1.35467
+NR=1.33751 VAR=142.931 IKR=1.66126 ISC=5.02557e-09
+NC=3.10227 RB=26.9143 IRB=0.1 RBM=0.1
+RE=0.000472454 RC=1.04109 XTB=0.727762 XTI=1.04311
+EG=1.05 CJE=1e-11 VJE=0.75 MJE=0.33
+TF=1e-09 XTF=1 VTF=10 ITF=0.01
+CJC=1e-11 VJC=0.75 MJC=0.33 XCJC=0.9
+FC=0.5 CJS=0 VJS=0.75 MJS=0.5
+TR=1e-07 PTF=0 KF=0 AF=1


Merci !

Cécile
Titre: Re : Alimentation laboratoire 0-30V 0-3A
Posté par: Yffig le août 01, 2019, 09:59:00 pm
Bonsoir Cécile,
Je te cite: "j'ai fait UN PEU de simulation"... et bin...t'as fait pas qu'un peu !
En ne testant ton .asc rien que pour la partie Constant Voltage avec Vref qui n'arrive qu'au bout de 300ms (je comprends bien pourquoi tu as fait ça)... SPICE (tel que paramétré par défaut) "frôle déjà le stade comateux". (Regarde dans Tools/Control Panel les possibilités de modifier son fonctionnement...Si tu y piges qq chose...Moi pas !).
Donc je te conseillerais de procéder par tests unitaires: mode CV, mode OverCurrent Protection, mode CC.,etc. et EXCLUSIVEMENT.
Je te transmets le mode CV exclusif (et OverCurrent) sur l'asc joint.
J'ai repris un poil de cosmétique, remplacé les 4x2200µ par un seul condo (pourquoi demander à Spice de faire 4 calculs alors qu'un seul suffit ?), placé correctement C3, placé tes .model(s) de BJTs dans le fichier .asc, viré Q7 (pourquoi un collecteur commun ici?),
ET SURTOUT accéléré la simulation avec un "maximum timestep"de 10µs.
J'ai court-circuité R5 (qui devrait être de 0.27 plutôt que 0.22 ohms, 0.27 donne Imax de 2.1A en simulation), mis une charge de 12 ohms car 10 ohms superpose les graphes Vout (20V) et I out =2A.
=> Tu peux alors voir rapidement comment démarrera ta tension de sortie après application de Vref de 3V si ta condition Iout< Imax est respectée.
Ensuite tu peux supprimer le court circuit de R5, mettre R10 à 0.05ohms (=court-circuit), tu pars direct avec Vref=3V et tu pourras alors voir comment OverCurrentProtection réagit (mets ta sonde sur Ic(Q4). Tu peux ensuite réaliser le mix: démarrage de CV et Court circuit de la sortie par un Mosfet en sortie déclenché après ta tempo de CV.
Tu peux aussi remplacer ton alim AC 32v par une simple source de tension V(DC), ça soulagera SPICE...

Si TOUS tes test unitaires sont TOUS bons, tu peux intégrer l'ensemble des constituants et espérer que l'ensemble fonctionnera lors des tests complets.
Mon propos n'est pas de critiquer ton travail, bien au contraire, il est simplement de t'alerter sur la méthodologie: Tester unitairement chaque fonctionnalité attendue.

Pour illustrer mon propos une petite (?) anecdote: le 1er lancement d'Ariane V (il y a environ 25 ans) s'était soldé par un crash au décollage ! Un module de code qui avait été écrit pour 16 bits avait été réutilisé dans un proc 32 bits... sans tester ce module unitairement. BOUM ! quelques grosses dizaines de millions (de Francs à l'époque) transformés en déchets....


Si tu veux tout tester en même temps dès le départ... tu ne sauras jamais facilement pourquoi ça déconne autant .
Titre: Re : Alimentation laboratoire 0-30V 0-3A
Posté par: Yffig le août 02, 2019, 08:16:34 am
Bonjour Cécile,
En complément de ce que je t'ai écrit hier soir, j'ai examiné le comportement de la partie CV lorsque:
- OverCurrent est actif parce que le condo C3 est passé à 1000µF et donc qu'il va déclencher la limitation durant sa charge
L'intérêt de ce test est de regarder ce qui se passe pendant la charge de C3  à courant max limité...
J'ai viré la partie pont redresseur et condo de filtrage pour une Vnr de 30V DC.  car pas utile de calculer sans arrêt cette tension Vnr...

Spice met alors énormément de temps pour effectuer les calculs et si tu sondes le courant collecteur de Q4 (TIP41C) tu observeras que, quand Q4 conduit et donc limite le courant, tu as une oscillation à environ 2.6MHz => Spice passe son temps à calculer toutes ces valeurs ce qui explique la durée excessive des calculs. CQFD !
Si tu remplaces le TIP41C par un 2N3904 beaucoup plus rapide, plus d'oscillation => Calculs très rapides.
(NOTA BENE: ça ne veut pas dire qu'il ne faut pas utiliser un TIP41C pour l'OverCurrent Protection... je t'ai déjà expliqué pourquoi j'utilise un TIP41C, si tu veux mettre un 2N3094, tu auras simplement besoin d'une résistance R5 de valeur différente. Par ailleurs cette oscillation n'a aucune importance sur le montage réel: ça ne dure que qq 15 ms même si Spice met des minutes à calculer tous les points et c'est une "situation de défaut" sans aucune importance, pas le fonctionnement normal de l'alim).

D'autre part, tu fais une grossière erreur en voulant simuler le démarrage de CV après 300ms alors que tu alimentes dès t=0s ton ampli op avec des tensions fixes déjà présentes (tes 26v et 3.3v DC).
Si tu veux savoir comment ton alim démarre (en simulation), tu dois faire démarrer ces 2 tensions comme elles le feraient en réalité (et encore ce ne sera qu'une simulation "trop parfaite": la vraie validation ne pourra être faite que sur un prototype en enregistrant sur un scope numérique l'évolution de Vout à l'allumage de ton alim.

Voilà qq infos de "débogage"qui devraient largement t'aider mais c'est à toi de faire le boulot et de comprendre ce qui se passe en simulant unitairement chaque fonctionnalité. Je n'ai pas le temps de le faire à ta place  ;), et je te rassure, SPICE m'a fait à moi aussi bien des misères et il y a des "bugs" que je n'ai jamais compris, j'ai juste essayé de les contourner quitte à abandonner une simulation.

Bon courage et bonne journée
Titre: Re : Alimentation laboratoire 0-30V 0-3A
Posté par: Cécile le août 04, 2019, 03:49:15 pm
Bonsoir!
Une simulation ne prends que 2-3 minutes, ça va :)
Personnellement, il n'en est pas au stade comateux... Mais en effet, j'aurais dû tester les différentes parties séparément, mais la résiduelle de 100Hz est un point que je voulais garder à l’œil.
J'ai mis 4 condos pour voir comment le courant se comportait dans ces derniers (c'est intéressant).
ok pour R5 en 0.27 ohm!
Une charge de 12ohm ne permet pas de mettre l’alimentation au 'max' (2A), or c'est ce que je voulais :)

Pour Ariane, il me semble que l'accélération de la fusée avait été trop importante pour un des capteurs (de l'ancien modèle), ce qui avais occasionnée un dépassement d'une des valeurs... Je crois :/

En tout cas merci, je vais découper tout ça, avant de re simuler le tout :)

Bonne soirée, et merci!

Cécile
Titre: Re : Alimentation laboratoire 0-30V 0-3A
Posté par: Yffig le août 05, 2019, 07:01:19 pm
Bonsoir Cécile,

Ah oui, j'ai commis une énorme erreur : 16 bits pour l'explosion d'Ariane V ... ce n'était que 8 petits bits qui ont débordés...

Plus sérieusement :
1- Le schéma que tu nous soumets (le .asc du 01/08) comporte une grossière erreur que je te laisse le soin de trouver,
2- Ce schéma est de toute évidence basé sur le projet #21 de Ian Johnston dont tu nous avais fournis le lien et le schéma (11 mai sur un autre fil du forum). Je t'ai alors dit tout le mal que je pensais de sa démarche: aucune explication ! et en plus, au moins, un grossière erreur que tu as reproduite dans un de tes designs (le C28 de son schéma).
Son design est tellement parfait... qu'il l'a récemment supprimé de son site ...si, si..., vérifie par toi même.

Donc tu pars d'un design qui, peut être et même sûrement, ne marche pas et tu demandes de l'aide ....
Si en simulant avec Spice tu n'y arrives pas, c'est peut être que le design est pourri (c'est ce que je pense... en effet faire agir le mode CC en intervenant à l'intérieur de la boucle de régulation de tension CV , ça relève du "sac de nouilles" et, en plus, tu rajoutes un C2 de 1µF qui va pas arranger les choses...même si ça peut masquer certains défauts).

Si tu veux un design qui marche, regarde la façon dont l'alim chinoise intervient en mode CC. C'est simple à comprendre et à adapter pour un mode Current Sense en Amont plutôt qu'en Aval (c'est une des raisons qui m'avait fait l'acheter et la tester puis de la modifier mais j'ai gardé quasi tout le principe CC aval et ça fait le boulot qu'on lui demande).

Bon courage !

Yffig
Titre: Re : Alimentation laboratoire 0-30V 0-3A
Posté par: loulou31 le août 08, 2019, 12:53:06 pm
Bonjour,

Ce schema me parait bien compliqué  dans le circuit de limitation de courant : il y a trois amplis et surtout beaucoup de condensateurs  ( dont certains de valeur bien élevée à mon sens) qui générent autant de poles dans la courbe de réponse ce qui fait que le systéme étant bouclé a beaucoup de probabilités d'être instable et d'osciller. A un endroit je ne comprends pas pourquoi il y a une source d'implusion (V6) sur une alim de l'ampli. Il y a aussi un endroit ou il y a deux condos en // (C5 et C8)un qui passé par dessus l'autre pas dessous ......
Moi j'essaierai le schema déjà sans le circuit de limitation de courant ( juste la protection) ....
Pour information les condensateurs après le pont de diode ne participent que très peu au filtrage 50Hz en sortie de l'alim, ce sont plus des condensateurs "reservoirs" que de filtrage. L'essentiel du  filtrage se fait par le systéme de regulation de la tension de sortie par les transistors ballast et leur circuit de commande.

Jean-Louis
Titre: Re : Alimentation laboratoire 0-30V 0-3A
Posté par: Cécile le août 14, 2019, 04:34:46 pm
Bonsoir,
En effet, cette simulation contient beaucoup de défauts, je suis en train d'en faire une autre.

Pour les 3 aop, il faut aussi prendre en compte le fait qu'ils servent à l'ocp et à la mesure du courant par le µC (pas simulé).

Yffig: En effet, il l’a supprimé. je reprends le design de l'alimentation "chinoise" pour la partie CC... Ce que j'ai déjà fait sur un autre schéma, reste la simulation... que je n'arrive pas à faire, même en simplifiant le tout. L'axe des ordonnées  se met entre -1mV et +1mV, et n'affiche rien (et il me dit qu'il a fini les calculs, pas de messages d'erreur...) Donc pas de résultat, et le calcul est très rapide, par ailleurs. Bref, je travaille dessus.
"Ah oui, j'ai commis une énorme erreur : 16 bits pour l'explosion d'Ariane V ... ce n'était que 8 petits bits qui ont débordés..." comprends pas toujours le second degré, donc là je ne saisis pas.

Bref, j'essaie avec la partie CC de l'alim chinoise.

Bonne soirée
Titre: Re : Alimentation laboratoire 0-30V 0-3A
Posté par: Yffig le août 14, 2019, 07:53:15 pm
Bonsoir Cécile,

Sage décision que de travailler sur la partie CC de l'alim chinoise; c'est du "All In One" simple à comprendre:
- tu mesures le courant dans ta charge (en mode aval),
- tu le compares avec ta consigne I_lim,
- tu intègres un poil le résultat "logique"
- et tu viens diminuer la tension de sortie de manière à réduire I dans la charge et à ne pas dépasser I_lim.
Simple et de bon goût... en 1 seul ampli op. C'est pas parfait mais ça fait le job !

Tu as du voir les échanges récents que j'ai eu avec Ksyrium sur l'autre fil que tu as créé. Si pas encore vus, regarde en particulier les résultats de nos mesures respectives lors d'un court jus bien que le sien ne soit pas totalement "full short" (et je comprends que sans OverCurrent Protection, il n'ait pas osé...). A ce propos, je t'avais transmis le commentaire de Cyrob qui parlait de "temps de réaction "normal "de 100 ms, c'est donc plutôt des µs (et d'ailleurs il me semble que dans cette vidéo, il se reprend un peu plus loin mais la qualité sonore de ses vidéos pêche un peu...il le sait mais s'en fout apparemment). Dont acte, ce n'est donc pas une infox, juste une langue qu'a fourchée et très souvent il corrige par un commentaire texte incrusté lors du montage mais là il a pas vu (entendu plutôt).

Sinon la boutade des 16 bits, c'était  juste une taquinerie pour te reprendre car tu paraissais réagir sur la forme (la cause technique du pb) plutôt que sur le fond (tests non réalisés, ce qui est extrêmement grave vu le prix du machin).

Quand tu auras fini ton .asc (et regardé ce qu'il donne), poste cet asc sur le forum avec:
- des étiquettes sur les points de test
- les modèles non standard que tu utilises directement copiés dans l'asc
- des commentaires sur ce que tu visualises (courants en particulier)
j'aurais alors plaisir à essayer de t'aider si tu rencontres qq pbs et ça pourra aider d'autres bidouilleuses et bidouilleurs.

Notes:
- tu peux virer le bouzin Zener D8 et U1 et le remplacer par une simple source de tension, idem D7 et Alim_2 par une seule source
- si tu veux regarder le ripple, ajoute en série avec ta source Alim_1, un source pulse en dent de scie à 100 Hz pour simuler la résiduelle
à moins que Alim_1 et Alim_2 ne soient des .subckt ?

Bon courage et à bientôt.