compréhension schéma alimentation de laboratoire et amélioration

[Cécile]

Bonjour, j'ai trouvé ce kit d'alimentation il y a quelques temps, et je cherche à  en comprendre le fonctionnement, notamment afin de l'améliorer.
Le schéma est à  la fin du post.
Je comprends la majorité du schéma, cependant:

- je ne comprends pas comment U3, en envoyant une tension de -0.6V à  U2 permet une régulation en courant... Peut on calculer ça?

- Pourquoi autant de composants sont reliés entre R7 et C7 et non pas à  la masse, et la mesure de courant (point entre R7 et C7) juste à  la broche 2 de U3? es-ce pour compenser la chute la chute de tension provoquée par R7, chute de tension de 1.41V à  3A, ce qui est loin d'être négligeable?

- l'usage d'un comparateur en U3 à  la place d'un aop serait utile, ou négligeable?

- je vais devoir faire une mesure de courant (résistance de shunt de 0.01 ohm, plus ampli de mesure de courant) afin de l'afficher sur un écran. Ne serait il pas possible de relier la sortie de cette mesure à  la broche 2 de U3, afin d'avoir une limite de courant fonctionnelle, tout en enlevant R7 (et en reliant toutes les autres broches connectées entre R7 et C7 à  la masse) ?

- et surtout, Pourquoi DIABLE avoir alimenté des Tl081 avec une tension différentielle de 36+5= 41V alors que ce dernier ne va que jusqu'à  30V ? ? ?

Voilà , je me pose ces question... Je compte modifier cette alimentation, soit rajouter une protection thermique, un mesure du courant et de la tension avec affichage.

Merci Beaucoup!

http://www.radioman33.com/medias/files/notice-de-l-alim-en-anglais.pdf

[papyblue]

En fait c'est très simple:
U2 fait la régulation de tension, son entrée + recoit la consigne.
U3 fonctionne en comparateur, quand le courant mesuré est supérieur à  sa consigne il vient descendre la consigne de tension à  travers la diode D9.
La diode est nécessaire pour ne pas modifier la régulation de tension quand le courant est inférieur à  la consigne.
Ampli op pour U3 ou comparateur, cela n'a pas d'importance d'autant que la vitesse ne doit pas être trop rapide.
C8 transforme U3 en intégrateur pour filter les pointes de courant.
La tension aux bornes de R7 peut être utilisée pour la mesure de courant.
Oui, j'avais déjà  fait la remarque à  un internaute qui cherchait à  augmenter la tension d'entrée, l'utilisation des TL081 est hors spécification.
L'intérêt d'une tension négative est de pouvoir réguler la tension de sortie jusqu'à  0 volt.

[Cécile]

Merci pour la réponse!
Mais du coup, pourquoi ne pas avoir une limite de courant très rapide? Ce serait bien au contraire, non?

Et puis-je retirer R7, en reliant la sortie de ma mesure de courant à  moi à  U3, et les autres broches à  la masse? (voir pièce jointe, avec CS tension de 0 à  1.5V en fonction du courant)

Merci!

Bon je cherche comment rajouter le schéma...

[Cécile]

voilà  le schéma, désolée pour le double post!

[papyblue]

je ne comprends pas ce que vous entendez par "les autres broches".
Vous pouvez tout à  fait remplacer le shunt existant par un autre et injecter dans U3 une image du courant qui devra être compatible de la plage d'entrée actuelle.
Supprimer C8 risque de rendre le système instable lors d'une mise sous tension (du montage relié à  l'alimentation) par exemple car il y a un appel de courant pour charger les capacités de filtrage.

[Cécile]

Par les autres broches, j'entends (sur le schéma d'origine) la résistance R4, R6, P1, C4 ect, bref tout les composants qui ne servent pas à  la mesure du courant, mais qui sont reliés, non pas à  la masse, mais entre R7 et C7...
C8, je le laisse, évidemment, c'est les autres composants (cités au dessus) que je souhaite relier à  la masse, je ne sais juste pas si cala va perturber ou non le circuit!

[Cécile]

Ces broches là :

[papyblue]

Ceux qui sont reliés à  la sortie - doivent le rester.

[Cécile]

Merci!

[Yffig]

Bonsoir à  vous deux et à  Cécile surtout qui pose de très bonnes questions !

Je connais très bien ce kit d'alim, j'en possède 2 MODIFIéES et opérationnelles  :)), le design de base est intéressant (un peu long à  expliquer pourquoi, mais j'ai des simulations SPiCE pour ceusses que ça intéresse).

MAIS >:( sur ce kit,  j'ai cramé 3 fois le transistor ballast de puissance => en Court-Circuit !!!!.... et quand ils crament IL YA LA TENSION NON REGULéE en sortie ....!!!!!!! => MAGIC SMOKE sur le montage alimenté.........!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
Pourquoi ?
Je teste toujours une alim... surtout une 30Vx3A= 90W (sic !) avec....des loupiottes soit d'auto 12V, soit halogènes 12v, éventuellement en série pour le 24V, de puissance 20W et 50W.... c'est bien dans les spécifications, pas vrai?
Ben, NON....! Ca pète à  tous les coups !

La raison est SIMPLE: la limitation de courant est construite sur un intégrateur qui ne peut pas répondre suffisamment rapidement à  un quasi court-circuit (c'est le cas d'une lampe à  filament: résistance très faible à  froid, forte quand allumée).
Ca donne aux bornes du ballast 30V x N? ampères = Magic Smoke !

La solution est TRES SIMPLE pourtant... un petit BJT NPN (Vbe#0.6v) et une résistance de puissance de quelques 0.1 ohms (ex.: 0.2 ohms donne 3A max) protège complètement le bouzin.

Ci joint le schéma modifié final MAIS j'ai dû réaliser mon propre PCB car l'original craignait grave (cf. les pistes de "masses", il y en a 2, plutôt craignosses), TL081 à  40V ça craint => remplacés par LT1047 (dual amp op) , ajouté des bidouilles pour Volt-Mètre et Ampère-Mètre numériques chinois 5 digits (ils y arrivent quasiment) ! et pas chers.

Yffig

[Cécile]

Alors oui, je veux bien une simulation ltspice!
Sinon, le 2SD1047 donné sur le kit de base ne fait que 100W, il serait possible qu'il grille pour ça (c'est pourquoi j'en ai mis deux :) )
Sinon, le petit npn pour la protection, il s'agit de Q3? il n'est pas si petit, on ne peux pas le remplacer par un BC547? (son collecteur est relié à  la sortie de l'aop, il ne doit pas prendre bcp de courant...)
Sinon je ne comprend pas vraiment l'utilité de relier la base de Q1 avec l'emeteur de Q3... les deux tension ne sont pas censées êtres proches?
Parfait pour la résistance, ça tombe bien j'en ai une de 0.2ohm 5W!

Mais si l'intégrateur ne réagi pas assez rapidement pourquoi ne pas mettre un comparateur? Ca ne fera pas tout, mais ce sera mieux non?

Sinon je met en lien mon schéma complet. Le tout est censé être alimenté en 33-36V, par une alimentation industrielle (bcp moins chère que les transfo)
Le tout est encore trop complexe, je vais m'arranger pour désépaissir, mais pour le moment c'est comme ça :)
Merci!

[Yffig]

Bonjour,
Pour les fichiers LTSpice, il faut un peu de temps pour que je regarde s'ils sont à  jour et opérationnels. En tout état de cause il te faudra ajouter des modèles de transistors (dans une librairie bjt.lib à  créer) et des modèles de diodes et zeners dans diode.lib existante. De plus le LM317 est un subcircuit Spice qu'il faut savoir intégrer dans LTSpice (mais remplacable par une simple voltage source de 10V). Ce LM317 remplace le TL081+Zener 5.1v, cela aurait pu même être un boitier TO92 en pratique pour fournir la référence de 10V. Dis moi si tu sais faire ça avec LTSpice.

Le 2SD1047 d'origine a été remplacé par un 2SC3281, plus costaud mais qui crame quand même, parce que c'est ce que j'avais sous la main et, comme je l'ai écrit, la cause de destruction est le temps de réponse du circuit limiteur de courant original qui est trop lent. Mettre un comparateur, même rapide, j'ai pas essayé (ras le bol de cramer des Power BJT) car la soluçe que je mets en oeuvre est tellement simple et garantie 100%...C'est extrêmement utilisé dans les alims (et même dans les régulateurs tripodes), les amplis audio en classe AB et de très nombreux ampli op. C'est bien Q3 et Rs1 qui agissent en limiteur de courant maximal (#0.65v/Rs1).
Pourquoi ais-je mis un TIP41C, boitier genreTO220, ? alors qu'un TO92 suffirait bien sûr. C'est parce que selon la puissance du BJT tu n'auras pas le même Vbe lorsque Q3 devient conducteur (0.65v est une valeur typique) et selon Rs1, tu n'auras pas le même courant max. C'est à  expérimenter selon Rs1, avec 0.2 ohms et un TIP41C sans radiateur j'ai I max =2.7A mesuré.
La base de Q1 n'est pas reliée à  l'émetteur de Q3 mais à  son collecteur ! et effectivement le VCE de Q3 est faible (environ 2v).
Concernant la partie limiteur de courant réglable original que j'ai reprise... Ce circuit ne transforme pas l'alim en une source de courant de qualité mais permet de limiter à  une valeur fixée par l'utilisateur en fonction du montage alimenté.
En pratique, cette partie OSCILLE GRAVE quand elle est active mais elle remplit son rôle, c'est tout ce qu'on lui demande.

Correction : le dual amp op utilisé est un LT1057 (pas 1047 comme indiqué par erreur dans mon précédent message) qui tient 40V, achetés 0.9€ pièce par lot de 5 sur AliExpress. Le TL081 est une daube tout venant, bien utile souvent, et, de surcroit, le modèle Spice fourni par Texas Instrument n'est pas bon !!! Dans mes premières simulations avec TL081 je me suis rendu compte que le courant de repos du modèle TI était trop différent de la datasheet ce qui faisait que le courant dans la diode zener qui fournit le -5.1v était trop faible donc pas de tension suffisamment négative. Et oui... avec un simulateur de LT, vaut mieux utiliser des composants et modèles fournis par LT.
Par ailleurs, j'utilise un transfo 24V rms qui me donne une tension d'entrée non régulée d'environ 32V peak. Avec la tension de -5V (-Vcc des Amp Op) je suis sous les 40V max de la datasheet du LT1057. Tes 36V max en prérégulé paraissent un peu forts.
Yffig

[Cécile]

c'est vrai que je n'ai pas l'habitude de ltspice... Tant pis :)

Merci pour la protection supplémentaire, je vais essayer !

Sinon, si en mode courant continu elle n'est pas super, je vais peu-être essayer celle là : https://www.ianjohnston.com/index.php/projects/57-project-021-home-built-bench-power-supply
En modifiant quelques composants bien évidemment, je n'ai pas vraiment envie d'utiliser des DAC à  15€ pièce! Et puis je n'ai pas vraiment l'utilité de la pré régulation, surtout à  découpage...
En tout cas merci beaucoup pour votre aide!
Bonne journée!

[Yffig]

Bonsoir,

Pour ce qui concerne les simulations Spice, elles m'ont surtout servi à  visualiser le comportement en transitoires (PowerON et Power Off) et la stabilité de la boucle de contrôle de la tension régulée pour éliminer tout risque d'oscillation à  l'intérieur de la boucle, totalement indésirable dans une alimentation LINEAIRE.
En ce qui concerne la limitation en courant, elle oscille mais cela n'est pas gênant tant qu'elle limite le courant à  la valeur de la consigne , c'est tout ce qu'on lui demande.

J'ai regardé les différents schémas de ton projet....  y'a du beau monde en matière de puces dans la partie mesure de V et I !

=>   ;) 
En particulier le MAX44284 pour mesurer le courant avec un mode commun de 36V en amont
ce qui permet d'éviter d'avoir deux références 0v et donc deux plans de masse séparés sur ton PCB.
..... Ca me rappelle un design de Dave Jones aka EevBlog

=>  :o !!!!!
- Pour la mesure de la tension de sortie, tu mesures la tension de sortie de l'OPA604 au lieu de la tension de sortie régulée...
   >:( Tu as au moins les 2*Vbe du Darlington ballast de différence, non ?

- Ta tension de référence est fournie par le schéma original  TL081+Zener 5.1 V...
  OK, ça marche mais c'est pas vraiment une référence de tension, un simple régulateur 78xx/LM317 fait mieux,
  sans parler d'autres puces à  band-gap pas chères. En plus tu as au moins deux régulateurs tripodes positifs dans ton schéma... ;)
   >:(  C'est cette tension qui fixe, après multiplication par l'asservissement de l'OPA 604, la QUALITE de ta tension régulée...

- Tu mets 2 Power BJT en // sans équilibrer leurs caractéristiques Ic(Vbe) par des résistances en série dans leurs émetteurs....
   Ces résistances peuvent être éventuellement réalisées par des pistes en cuivre sur ton PCB
   MAIS elles sont obligatoires pour des BJT... !

- Il y a quelques autres remarques mineures qui pourraient être faites si tu avances dans ton projet ce que je te souhaite sincèrement  8)

;) Good luck !

Yffig
 

[Cécile]

Bonjour, pour le MAX44284, je cherchais juste un ampli différentiel, puis sur instructable, je suis tombée là  dessus. Ce composant n'est pas très cher, et a de bonnes caractéristiques!
Non, je ne mesure pas la tension de sortie de l'opa604, mais après même la mesure de I. Donc pas de soucis ! :)
oui, pour la tension de référence, je pensais mettre un LM4050, pas cher, plutôt pas mal pour son prix (je trouve), en 5V cependant, donc soit je double sa tension (ne5534), soit je modifie juste les res autour des potentiomètres.

des résistances en série, des 0.2ohm 5w j'imagine?

Si vous avez d'autres remarques je suis preneuse!

Il faut encore que je me décide, j'aimerais vraiment avoir une limitation de courant qui n'oscille pas... Bref je vais continuer mes recherches, probablement faire plusieurs schéma, puis en choisir un.

Sinon, l'alim dans le précédent lien n'a pas un mode en courant contrôlé (c'est un comparateur qui coupe l'étage de puissance d'après ce que j'ai vu), mais elle reste intéressante!

Merci pour votre aide!