Alim mutualisée

Objectif

Concevoir et réaliser une alimentation stabilisée de laboratoire à sorties multiples déportées.

Chaque sortie se trouve physiquement sur un poste de travail de la zone électronique de l'Electrolab.

Les principes

- concevoir un produit simple, robuste et flexible;

- utiliser au maximum des composants et sous-ensembles de récupération;

- réaliser un produit avec une réelle maîtrise des coûts.

Fonctionnalités

- entre 8 et 12 postes (donc sorties) 0 - 30V DC et 0 - 3A (éventuellement 5A pour certains postes);

- alimentation linéaire;

- protégé contre les court-circuits;

- affichage tension et courant simultané;

- masse commune à tous les postes;

- les sorties se font dans boîtiers "mobiles" reliés à un "rail" d'alimentation par un câble et connecteur multi-contacts, fixé au mur;

- le(s) transformateur(s) est (sont) commun(s) à tous les postes (pour chaque sortie identique).

Macro planning

a) Prototypage et essais de la partie régulation : jusqu'à fin juillet 2011

b) Réalisation de la station de base et de 3 boitiers mobiles à 1 tension variable (avec partie mesure V et A sous-traité à tiers, d'ailleurs, qui veut s'y coller ?): jusqu'à fin décembre 2011

c) Réalisation de boîtiers supplémentaires selon besoin et moyens disponibles : toute l'année 2012

d) date de fin de projet : decembre 2012

Etat d'avancement

Janvier 2011

Un pont de diode de taille conséquente a été récupéré. C'est un SKD60/08, triphasé (mais évidemment utilisable en monophasé) qui supporte 92A. Il est un peu surdimentionné pour notre application. En attendant de trouver mieux, on peut toutefois s'en servir pour les essais. Reste plus qu'à le tester. Les composants "exotiques" du schéma sont commandés et en attente de livraison. Le shunt nécessaire pour le proto est également disponible. L'un des membres nous a amené une belle poignée de 2N3055 neufs : il y en suffisamement pour faire quelques essais fumants et concevoir deux ou trois alims. Faudra quand même les tester en hfe : ceux qui n'atteeignet pas 20 ne sont pas dignes de figurer dans une alim de l'Electrolab. Par ailleurs, la même personne a également amené radiateurs prépercés à l'empreinte TO-3.

Décembre 2010

Le choix d'un schéma structurel servant de base au projet a été effectué.

Les condensateurs de filtrage du lab + ceux amenés par un membre sont désormais suffisants (environ 0,1 F en tout) pour le filtrage auprès du transfomateur (donc au début du rail DC). Du fil de cuivre émaillé de 1mm² a été amené pour ajouter des enroulements secondaires supplémentaires au transformateur : cela permettra d'alimenter de manière isolée les voltmètres-ampèremètres de tableau voire subvenir à d'autres besoins en tensions auxiliaires.

Novembre 2010

Un transformateur a été trouvé, Il fait environ 2000VA, pèse 35kg et sort environ 36V à vide. On a commencé par le débobiner pour l'adapter à nos besoins. Cette opération a volontairement été interrompue afin de bien choisir la tension finale en fonction du schéma de la partie régulation, pas encore arrêtée; et des chûtes de tension dans le rail d'alimentation (longueur estimée : 20m ; que l'on peut diviser par 2 si on place le transformateur au milieu du rail).

Yannick a fait remarquer qu'il y aurait l'opportunité de réaliser une alimentation symétrique car le transfo a un point milieu.

Octobre 2010

Un compromis entre complexité et souhaits exprimés a été trouvé : faire une alimentation linéaire mutualisée 0 - 30V DC et 0 - 3A. D'autres tensions fixes/variables seront éventuellement ajoutées à l'avenir.

Schéma structurel

Après quelques glanages sur le Ouaibe, ce schéma [1] a attiré notre attention (site complet ici : [2]). L'intérêt de ce schéma réside dans le design assez classique mais avec quelques subtilités réalisées avec des composants récents.

Le design existant :

• double AOP de contrôle tension-courant monté en ET a diodes avec AOP ultra faible offset et bruit;
• étage ballast "high side" très largement surdimensionné (IC = 45A en tout);
• transistor ballast NPN grâce à une alimentation complémentaire par bobinage supplémentaire de 4V sur le transformateur (facile à réaliser avec notre gros transfo ou l'on peut ajouter des bobinages);
• mesure de courant par composant dédié "high side".

Les modifications/améliorations possibles :

• passer le montage en 0-30V, voire 32V (devrait être faisable vu que les LT1013 supportent 44V d'alim max);
• utilisation de transistors ballast plus classiques (par exemple 2N3055);
• amélioration de la tension de référence 5V;
• leds d'indication de mode (CV ou CC);
• amélioration du ET logique pour éviter que les 2 AOP ne s'influencent mutuellement (pas indispensable et en plus particulièrement tricky à réaliser);
• ajouter quelques mesures de protection contre les surtensions (tant à l'entrée qu'a la sortie);
• doubler certaines parties du schéma pour limiter l'influence des pannes de composants;
• passer les réglages "tension" et "courant" en double réglages "coarse-fine" (pas indispensable);

Maintenant, vu le budget ultra ric-rac que l'on est prêt à mettre dans ces alims, on ne fera que le strict minimum en améliorations. Par ailleurs, en fonction des composants dont on peut disposer en stock au lab, on risque de dévoyer un peu le schéma pour utiliser en priorité les pièces disponibles.

Prochaines actions

- trouver les composants de la partie régulation;

- adapter puis tester le schéma de régulation proposé ci-avant.

Budget

Limite de dépenses : Au-dela de 45-60 EUR par poste, ce n'est pas rentable : mieux vaut acheter tout fait. On choisit donc ce qui est dispo et de préférence sans dépenses

Transformateur principal : récupéré (0 EUR)

Condensateurs de filtrage principaux : don à l'Electrolab/récupéré (0 EUR)

Pont de diodes principal : récupéré (0 EUR)

Radiateur pour pont de diodes : don à l'Electrolab (0 EUR)

Transistors de puissance : don 15 pièces (0 EUR)

Radiateurs pour transistors de puissance : don 2 pièces (0 EUR)

Shunt de mesure de courant non inductif : occase dispo : 2 EUR par poste

AOP double : acheter

CI de mesure de courant : acheter

Circuit imprimé : à fabriquer (si possible au lab)

Contacts

Demander Eric ou Yannick sur la mailing list de l'Electrolab

Prototype carte de régulation

La recherche de composants pour faire un premier prototype de la carte de régulation peut passer par l'utilisation de composants déjà en stock (ou démonté d'une carte de CI). Les équivalences ci-après ont été identifiées.

Equivalences composants

D44VH10 (ON) peut être remplacé par 2N3055 (plus lent, plus pénible à monter sur un radiat et Vce0 de 60V seulement au lieu de 80V, par contre le 2N peut dissiper 115W au lieu de 83W)

BDW93C (12A, 80W) peut être remplacé par BDX33C (Oh my) Darling 10A

2N3904 (TUN) peut être remplacé par un BC547 (ou mieux un BC337)

2N3905 (TUP) eut être remplacé par BC557 (ou mieux un BC327)

LT1013 (double OPAMP ultra low offset) : ce type de composant n'a pas d'équivalent low cost. Si l'on accepte de perdre la fonctionnalité "ultra low offset" on peut mettre un RC1458 ou un NE5532

CI

L'un des membres du lab étant impatient de faire du CI, celui de l'alim mutualisée pourra par exemple servir de CI de test. Cela devrait être possible d'ici février-mars. Evidemmment, si l'on ne peut pas synchroniser ces 2 projets, on fera un premier proto de la partie régulation sur plaquette à trous.

Matériel nécessaire

Boitiers pour alimentations modulaires

Quelques grands boitiers (coffrets) modulaires ont été trouvés: il y a les faces avant à refaire.

MAIS il en faut d'autres (10 pièces)  : de préférence, boitiers métalliques (alu - acier) avec une grande face avant (de 80mm x 120mm jusqu'a 450mm x 450mm; forme carrée ou rectangle) avec une profondeur modeste (de 100mm à 300mm).

Le coffret peut être "d'occase" (face avant déja usinée : on la remplacera)

Quelques exemples de produits pouvant convenir: [3][4][5][6]

Attention : les boitier rack 19" (avec les oreilles de fixation de chaque coté) [7] ne conviennent pas pour ce projet , mais les récupérer quand même, on en aura besoin pour autre chose.

Boitier mural en acier pour tranformateur

Pour ranger notre grand transformateur il nous faut 1 grand boitier mural en acier. Profondeur minimum : 250mm. Exemples de produits :[8][9]

Connecteurs multipoints de puissance

L'idéal serait les connecteurs de la marque "Harting", série "HAN" taille "16" (16 broches de 16A chacune)

Besoin : 12 ensembles complets comme détaillé ci-après:

• Connecteur mâle : [10]
• Connecteur femelle : [11]
• Boitier alu moulé pour connecteur (coté "câble") : [12]
• Boitier alu moulé pour connecteur (coté "mur") : [13]

Maintenant, d'autres connecteurs multipoints de puissance peuvent convenir, l'important est que l'on ait plusieurs fois les mêmes.

Borniers banane 4mm pour chassis

Besoins : plusieurs dizaines Couleurs : surtout rouge et noir mais aussi vert, bleu, blanc, jaune ou mieux "vert-jaune"

Bornier banane 4mm pour chassis (ancien modèle), [14][15][16]se dévisse et permet aussi de connecteur un fil ou un connecteur à fourche[17]

Bornier banane 4mm pour chassis (nouveau modèle : norme IEC1010)[18][19]. Le hic , c'est que l'on peut plus brancher de fil ou de fourche directemement. Alors cela va dans le sens de la sécurité (par exemple pour un multimètre pouvant mesurer le secteur), mais pour une alim 30V, c'est moins fun.

Le top : bornier pour fils + fiche 4mm IEC1010 ("SPK4" de Multi-contacts): [20][21]

Autres modèles IEC1010: [22][23]