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Alimentation laboratoire 0-30V 0-3A
Cécile:
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
papyblue:
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 ?
Cécile:
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.
Yffig:
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
Yffig:
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.
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