Alim ATX tests | 3DTronique

Alim Labo 200W – Plan du Dossier

Accueil – Reconstitution Schéma – Modifications – Tests – Mise en boitier

Passons aux Tests

tests Asservissement en tension – tests Asservissement en courant – Photos tests – tests en régime impulsionnel – mise en « boite »

!!! à partir de cette phase, on prends le Schéma final comme référence !!!

Rappel: avant toute intervention sur le circuit imprimé ou le cablage, mettez l’alim sur « OFF », débranchez-là, et déchargez les condos HT à l’aide d’une résistance de 10 Ohms / 10 W (ou grosse résistance de récup!) appliquée à leurs bornes.

Normalement, si le câblage est correct, pas de problème!

minimum nécessaire pour tester ce montage: un multimètre, une ampoule de 220V/60W, Deux Rhéostats (ou quelque chose qui supporte jusqu’à 24V/10A, par exemple une charge électronique constituée de transistors NMOS ballast et d’un ampli-op, le tout simulant une « résistance » variable (dotée de fonctions diverses)) ou une ampoule de 12V / 50 W, et une prise secteur!

Un oscilloscope est un plus non négligeable, car il permet de diagnostiquer plus facilement un mauvais fonctionnement, en visualisant les signaux PWM, des enseignements intéressants peuvent en découler! Par exemple, un mauvais fonctionnement non soupsonné!(Le multimètre ne montrera pas la partie variable d’une tension ou d’un courant!)

1) Etude de la partie Asservissement en Tension:

On réglera P1 au maximum pour ne pas passer en régulation de courant!

P1 au maximum, P3 à mi-course (quelques tours pour un multi-tours), commuter le voltmètre numérique en voltmètre interne, commuter l’asservissement sur la sortie « +12V » et faire le branchement comme indiqué ci-dessous:

Brancher le 220V, PS-ON sur « OFF »:

L’ampoule s’éclaire une fraction de seconde, le temps que les chimiques 200v se chargent, puis elle s’éclaire très faiblement ensuite (l’alim fonctionne à vide, donc elle ne consomme pas de courant, tout est OK! (sinon revoyez votre câblage) Le voltmètre numérique s’allume, lui seul consomme de l’énergie (5V – 200 mA). Comparer les valeurs affichées des tensions du voltmètre numérique et du multimètre, elles doivent correspondre en principe. Sinon, mettez l’alim sur « OFF », puis jouez sur la valeur de R11 (R33 restant fixe), et retestez l’alim.

Débranchez l’alim. Remettez le fusible en place, puis rebranchez-là. Le voltmètre numérique s’allume, tout va bien; Mettez sur « ON », normalement la tension indiquée est toujours la même!

Réglez P4 pour avoir la tension minimale en sortie, puis P3 à fond pour avoir le maximum, ensuite réajustez P4 pour avoir 24 Volts pile-poil (on limitera la sortie à cette valeur, car C15 & C16 sont des chimiques 24 V, on peut les remplacer par des 63V, mais ils prendront plus de place, et c’est ce qui manque sur le CI, ceci-dit 24V c’est pas mal!!!))

Brancher une ampoule de 12V /50W sur l’alim, normalement la tension ne bouge toujours pas! Si çà disjoncte, dessouder R17 (la 33K), çà ne disjonctera plus le temps des réglages, la protection agira sur la broche « 4 » du TL494, en espaçant les impulsions PWM en cas d’apparition de pics de courant dus à une instabilité quelconque.

Réglez l’alim sur 9 V, ensuite éteignez l’alim. Basculez K5(&K6) sur « 5V », branchez l’ampoule sur cette sortie. Mettez en route: normalement, l’ampoule s’allume et la tension indiquée est toujours la même! (ceci-dit on est limité à 10 V sur cette sortie!)

C’est terminé pour les essais en tension.

Voici quelques Oscillogrammes:


Ondulation résiduelle aux bornes de la charge, Vs = 12V (I = 4,2A), chargée par l’ampoule 12V/50W, avec 2 mV/ div, 5 ms/ div	Signal issu du Capteur ICC (T1), avec 0,2V/ div, 10 µs/ div, parfaitement stable.	Oscilloscope Katji « transistorisé », (donc ultra-moderne à son époque) utilisé pour ces mesures. (Etait prévu pour être embarqué à bord de bâtiments de guerre, et supporter des secousses dues à des tirs d’obus…) (il fait son poids!!)

2) Etude de la Limitation en Courant:

effectuer le montage ci-dessus,
On maintiendra R17 débranchée durant les tests (on la rebranchera à l’issue).
Alimentation sur « OFF », basculer K5(&K6) sur « 12V », mettez sous tension, normalement, avec 10A de limitation çà ne grésille pas. La tension met une fraction de seconde à s’établlir; l’ampoule s’allume, jusque là tout va bien!
Basculez K2(&K3) sur « ICC », et comparez l’indication donnée par l’ampèremètre numérique et le multimètre. Si l’indication ne correspond pas, jouer sur la valeur de R20, on joue sur le pont diviseur de mesure de courant aux bornes du shunt.
Diminuez maintenant sur P1 jusqu’à ce que le courant diminue, là on passe en régime limitation de courant.
Observer le comportement de l’alim, normalement, avec la compensation, çà ne grésille pas. L’indication de l’ampèremètre numérique donne une valeur négative, n’en tenez pas compte! A tout moment, vous pouvez connaître la tension en rebasculant K2(&K3) sur « U », et également mesurer toute tension continue entre -200 et + 200V, en basculant K4 sur « EXT », vous pouvez ainsi mesurer la sortie « +5V », « -5V », »-12V » par rapport à la masse « GND ».
quelques Oscillogrammes:

Ondulation résiduelle aux bornes de la charge, I = 3A, avec 0,5 mV/ div, 5 ms/ div

Signal issu du Capteur ICC (T1) (R29-C6 débranchés), I = 3,5A, avec 0,5V/ div, 2 ms/ div. Le bruit de l’alimentation donne ceci:

(ne pas maintenir sur « ON » trop longtemps dans ces conditions, surtout sans ventil!)

On observe des pics de courant provocant l’échauffement de Q10 et Q11. Si on ressoudait R17, il y aurait disjonction immédiate!

Signal issu du Capteur ICC (T1) (avec R29-C6), I = 3A, avec 0,2V / div, 10 µs/ div.

Signal parfaitement stable! Pas un seul bruit au niveau de l’alim.

3) Quelques photos prises durant les tests:

tests en tension(I non limité)

U=2,5V – I=10A (25 W) (Rhéostats presque en court-circuit!!)	U=14V – I=4,5A (63 W) (lunettes de soleil obligatoires!!)	U=24V – I=10A –> Ps=240W!!!
Tests en limitation (ou régulation) de courant

I=2A – charge=ampoule12V	I=4A – charge=ampoule 12V	I=6A – U=17,8V (107 W) charge de 3 Ohm

On constate que l’alim est autant à l’aise en régulation en tension qu’en courant, et ce quelque soit la puissance consommée, avec un rendement largement supérieur à celui des alims conventionnelles.

Étude du rendement (d’après mes mesures)

Sortie « +12V » chargée à 10A et asservie en tension
Vs, Is	Ieff 220V	Puissance consommée	Puissance utile (charge)	Rendement
Vs = 2.5V/ Is = 10A	0.3A	66 W	25 W	38 %
Vs = 12V/ Is = 10A	0.65A	143 W	120 W	84 %
Vs = 24V/ Is = 10A	1.15A	253 W	240 W(!!!!)	95 %
Sortie « +5V » chargée et asservie en tension
Vs, Is	Ieff 220V	Puissance consommée	Puissance utile (charge)	Puissance utile (charge)
Vs = 2.5V/ Is = 10A	0.22 A	48.4 W	25 W	51.6 %
Vs = 5V/ Is = 10A	0.34 A	75 W	50 W	66.6 %
Vs = 10V/ Is = 10A	0.61A	134.2 W	100 W	74 %

Tableau que l’on peut obtenir avec une alimentation traditionnelle, équipée d’un transformateur « Torique » de 24 V 500 VA (rendement de 90%), tension de sortie continue redressée double-Alternance, filtrée égale à 1.15 * 2E0.5 * 24 = 39V (on supposera cette tension constante!).

Alimentation traditionnelle chargée à 10A en permanence
Vs, Is	Puissance consommée (constante)	Puissance utile (charge)	Rendement
Vs = 2.5V/ Is = 10A	39 x 10 = 390 W	25 W	6.4 x 0.9 = 5.76%
Vs = 12V/ Is = 10A	39 x 10 = 390 W	120 W	30 x 0.9 = 27%
Vs = 24V/ Is = 10A	39 x 10 = 390 W	240 W	61 x 0.9 = 55%

Avec Vs = 2.5V, quelle catastrophe!!! (ces alims ne sont pas étudiées pour le rendement, mais la précision! Encore que j’ai doté mon alim de potentiomètres multitours)

En dessous de 5 V à puissance élevée, il est préférable d’utiliser la sortie « +5V »!

En règle générale, le rendement augmente quand le signal PWM se rapproche d’une sinusoïde( il est tributaire de la charge), donc il faut se rapprocher des « 200 W » pour avoir 95 % de rendement!

Si votre montage ne consomme rien, aucun problème! à vide, l’alim ne « souffre » pas!

4) Passons aux tests en charge impulsionnelle:

(c’est le pire des scénarios pour une alimentation!)

Pour tester la stabilité de l’alim, voici un petit montage fort simple générant un courant Haché (valeur déterminée par les rhéostats) à fréquence variable (il suffit de changer la valeur de C):

Simple et efficace! (montez quand-même le BUZ11 sur un dissipateur)

Faites le montage sur une platine de test, et laissez R3 en l’air, avec la possibilité soit de la brancher sur le +12V Externe (21V STBY alimentant un régulateur 7812) pour « fermer » T (pour ajuster le courant en jouant sur les rhéostats), ou sur la sortie « OUT » de U1 pour générer les impulsions.

Procédure : Laissez R3 en l’air! (« OUT » déconnecté) Réglez la tension désirée; Mettez l’alim sur OFF; Branchez R3 sur le +12V Externe, T se court-circuite, remettez l’alim sur ON, ajustez les rhésostats pour avoir le courant désiré, mettez ensuite sur OFF. Rebranchez R3 sur la sortie « OUT » de U1, et mettez sur ON si vous êtes prêt pour une mesure!

(N’oubliez pas de remettre sur OFF à l’issue de chaque mesure, car l’alim souffre, et le ventilo est débranché!!!!!)

oscillogrammes obtenus avec Imax = 10A: (limitations de courant inhibée)

	Mesures prises (en sortie d’alim) , valeur moyenne supprimée
	Vs = 5V			Vs = 12V			Vs = 24V
F (Hz)	V/ div	Base temps/ div	Oscillogramme	V/ div	Base temps/ div	Oscillogramme	V/ div	Base temps/ div	Oscillogramme
5	0.5V	10ms		0.5V	10ms		0.5V	10ms
625	0.5V	0.5ms		0.5V	0.5ms		0.5V	0.5ms
6250	0.5V	0.1ms		0.5V	0.1ms		0.5V	0.1ms

1.5 Volt Crête dans le pire des cas avec un courant Haché de 10A. (une vraie séance de torture! (pour le BUZ11A! il est tout seul))

En pratique, si vous faites un montage travaillant dans ces conditions, rajoutez un bloc de filtrage L-C en tampon entre l’alim et le montage, l’alim en sera « soulagée », car elle ne verra que la forme « intégrée du courant », et non les fronts directs !

oscillogrammes obtenus avec Imax = 10A: (limitations de courant inhibée)

	Mesures prises (en sortie d’alim) avec L1-C1, valeur moyenne supprimée
	Vs = 5V			Vs = 12V			Vs = 24V
F (Hz)	V/ div	Base temps/ div	Oscillogramme	V/ div	Base temps/ div	Oscillogramme	V/ div	Base temps/ div	Oscillogramme
5	0.2V	20ms		0.5V	10ms		0.5V	20ms
625	0.2V	0.5ms		0.2V	0.5ms		0.2V	1ms
6250	0.1V	0.1ms		0.1V	0.1ms		50mV	50µs

On a 0.5 Volt crête maxi dans cette configuration, les ondulations résiduelles on été atténuées d’un rapport de 3 environ!

On remarque que le circuit L-C diminue l’ondulation résiduelle aux bornes de l’alim, mais leurs valeurs optimales devront être en rapport avec les fréquences de travail, ainsi que l’ampérage du montage à tester! Dans notre cas, avec 10A, 10000µF ne serait pas superflu!

Pour une charge constante, on peut brancher directement le montage sur l’alim.

Ceci dit, tester une alimentation de laboratoire conventionnelle avec un courant haché de 10A, je n’ai pas testé! (celles avec lesquelles j’ai travaillé sont limitées à 5A!)

En conclusion, ces alims n’aiment pas les courants pulsés! (ceci dit, je l’ai testée avec son courant maximal!!!! donc si vous travaillez sur des montages de faible puissance, vous n’aurez jamais des ondulations pareilles!)

Améliorations:

_ On peut rajouter une protection pour Vs < 2.2 V, pour éviter d’avoir un rapport cyclique monstrueusement faible (mais ceci-dit, le disjoncteur s’actionnera en cas de problème!!)

_ Remplacer les dissipateurs existants par des plus gros, pour un fonctionnement dans de bonnes conditions!

_ Pour que cette Alimentation bénéficie de l’appellation (plutôt du LABEL!) « Alimentation de laboratoire », on peut lui adjoindre un étage de régulation conventionnel (on conserve l’alimentation ATX en Pré-régulation), avec l’avantage d’une Alimentation à découpage (rendement) et la précision redoutable d’une régulation traditionnelle!!!

Synoptique du montage:

la commande « U Ballast » contrôle la tension de sortie de l’alim ATX de manière à maintenir la tension de chute entre les collecteurs-Emetteurs de T1 & T2 constante, quelque soient les variations de Vs!

_ Pourquoi ne pas utiliser des Alims de 400/500 W, çà fait 24V/ 20A en continu……..(pour en avoir en récup, je pense qu’il faudra attendre un peu!)

Pour conclure: Tableau comparatif Alim à Découpage – Alim de laboratoire conventionnelle

	Alimentation à découpage	Alimentation conventionnelle
Rendement	> 70% (en moyenne)	Faible voir nul (tension faible et courant élevé: toute la puissance est évacuée par le Gros dissipateur à l’arrière de l’alim, remarquez il peut chauffer une pièce!)
Réponse à une variation brusque de charge	moyenne (une réponse trop rapide déstabilise celle-ci: nécessité d’employer des circuits R-C en compensation; une réponse trop lente et la régulation ne se fait plus correctement), il faut faire des compromis Stabilité – Rapidité	Excellente
Encombrement	faible	élevé (Dissipateurs et transformateurs imposants)
Prix	0 € (récupération)	210 €

Donc voilà, tout est affaire de compromis, mais comme on dit, le nerf de la Guerre, c’est l’argent!

Si vous claquez cette alim, elle vous aura coûté quelques heures (pas mal en l’étudiant de plus près!) de travail!

Si vous claquez l’alimentation toute neuve à 210 €, c’est moins amusant!

5) « Mise en boite »

Après un essai avec le boitier d’origine, lequel s’est avéré infructueux, car trop juste au niveau place, je vais donc l’installer dans un boitier AT (un peu plus aéré)


Essai mise en boitier ATX non concluant, pas assez de place (je ne vous montre que la face avant)! Dommage! Mais çà marche!!	Futur boitier: un peu plus grand, et permettant le remplacement des dissipateurs actuels par des modèles plus efficaces, et ainsi assurer un fonctionnement fiable dans la durée!