Petites Alimentations isolées (Pour Voltmètres de tableau PML CDL)
Petites Alimentations isolé
es
(Pour Voltmètres de tableau PMLCDL)
1 Le choix du montage
2 Le PMLCDL et son utilisation
2.1 Les calibres et le point décimal
3 Le montage Elektor de Georges Treels
4 Quelques précisions
5 Montages élévateurs à sortie isolée
5.1 Le NE555
5.2 Le(s) pot(s) ferrite
5.2.1 Le modèle "normal"
5.2.2 Le petit modèle
6 Le montage
7 Le CI et les essais
8 Les variantes
9 Conclusions
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Avant propos
Lors de la réalisation du pluviomètre 2 ème version, j'avais utilisé un petit voltmètre numérique de tableau que j'avais en stock, type "PMLCDL" et je m'étais aperçu que l'alimentation de 9V devait être galvaniquement isolée du reste du montage. Alors j'avais simplement mis une pile de 9V et un inter double, vu la mise sous tension une fois par semaine, pour quelques secondes seulement !
C'est cependant très embêtant pour d'autres montages, car une pile n'est pas éternelle, alors une alim spéciale est un plus indéniable surtout pour les appareils alimentés par le secteur. Aussi pour utiliser les 5 appareils type PMLCDL que j'ai encore, je devrais créer une tension de 9V totalement isolée à partir d'un 5V traditionnel.
Ce n'est pas une alim Boost car elle ne doit avoir aucune liaison de référence. Seule une alimentation type fly-back pourrait convenir, mais c'est un véritable développement et en plus la taille doit rester petite.
Dans le numéro d'Elektor Juillet/Août 2010 page 17, un montage pour cette application a déjà été publié, mais par expérience, je n'aime pas les multiplicateurs de tension, car il faut beaucoup de "petite quincaille" très particulière (Dans ce cas c'est cependant moins grave car les tensions restent faibles).
Ensuite je n'ai pas sous la main des BAT85 ni des 330nF petit format et en quantités. J'ai donc abandonné ce schéma.
Dans cette même revue, mais cette fois, celle de Juillet/Août 2011, page 72, un montage différent mais réalisant la même fonction a été publié. Il m'a intéressé, aussi, je l'ai câblé vite fait (trop vite certainement) mais en tous cas je n'ai pas fait réellement attention au montage. Ainsi je pensais de façon stupide obtenir du 9V à partir de 5 V, car j'ai fait une lamentable erreur en pensant à un doubleur de tension et en ayant mal regardé la tension d'alimentation, le résultat était décevant (Évidemment !)
J'ai donc opté pour une autre stratégie répondant à une alimentation en 5V avec en principe l'utilisation d'un transformateur ferrite (ou pot ferrite) en haute fréquence. L'oscillateur sera un NE555 bien connu.
Je n'ai pas voulu perdre mon temps à regarder de plus près ce dernier montage qui avait le désavantage (pas si sûr!) de nécessiter au moins 10V d'alimentation, ce qui me semble bien moins pratique qu'un bon vieux VCC de 5V…
Mais c'est peut-être une mauvaise analyse ? A voir ce qui suit !..........
Tous ces éléments m'ont conduit à rechercher ma propre solution que je vais décrire seulement en deuxième partie, car le montage le plus intéressant reste celui d'Elektor, mais ma solution n'est pas foncièrement inutile !
Je dois tout de même dire que si vous avez un tranfo secteur ayant des bobinages séparés pour réaliser de telles alimentations isolées, alors ne vous posez pas de questions... Inutile de lire la suite ! (il suffit de redresser, filtrer et réguler avec zener et c'est parfait !)
Première partie
1 Le choix du montage
Après bien des hésitations et essais divers, je viens de remettre le sujet "à plat". En effet ces petits voltmètres PMLCDL sont d'un emploi tout trouvé sur diverses alimentations de laboratoire, et à priori sans intelligence complémentaire, c'est-à-dire en électronique analogique pure. (Pas de micro contrôleur qui utilisent plus souvent des afficheurs ASCII en 2 ou 4 lignes de 16 à 40 caractères))
Une alimentation standard de labo permet en général de monter jusqu'à 20 ou 30V. Alors finalement pourquoi vouloir alimenter à partir du 5V alors qu'il n'y en aura vraisemblablement pas dans de tels appareils ?
La réalité du sujet est bien sur cet aspect !
De toutes façons si l'on devait "extraire" du 5V de l'alim générale, la perte de puissance ne serait pas dramatiquement importante car le courant de ces appareils reste faible, mais c'est surtout la nécessité de mettre des circuits complémentaires pour un malheureux problème d'isolation.
Alors autant alimenter cette alimentation isolée galvaniquement, avec une tension assez élevée, ce qui éviterait de chuter une importante tension, relativement à la tension générale. Plus on serait haut, mieux cela serait !
Je suis donc revenu sur le montage d'Elektor de Juillet/Août 2011, montage conçu par Georges Treels.
J'en fais donc la publicité, car après de nouveaux essais, je constate que ce montage fonctionne parfaitement, qu'il délivre une tension à peine inférieure à celle de son alimentation et qu'il répond directement au sujet. J'ai donc cherché à l'optimiser et à expliquer quelques détails qui sont restés un peu de côté, ce qui n'enlève rien bien au contraire, à son auteur, car ce schéma est réellement très bien adapté au sujet.
(Vous pouvez charger l'article à cette URL : http://www.elektor.fr/magazines/2011/juillet-047-aout/alimentation-flottante-pour-appareillage-de.1854546.lynkx contre 5 unités de crédit).
(NOTE aux lecteurs d'Elektor :
Ne vous y trompez pas, je fais la publicité pour Elektor, mais seulement pour ce genre de montage, car je ne suis plus d'accord sur la nouvelle philosophie adoptée par cette revue, initialement de bonne "facture" et ayant un sérieux des montages, qui s'adressaient à un public passionné d'électronique ou de métier.
Je regrette aussi l'aspect luxueux de la revue, ce qui n'apporte rien et qui contribue certainement à des sommets de coût. Je recherche avant tout, comme beaucoup, des montages innovants, simples et fiables, permettant à tout un chacun d'adapter selon ses besoins et ses ressources.
C'est peut-être aussi pour cela que j'ai tendance à développer un peu mes articles pour qu'ils soient plus détaillés sur le fond même, et deviennent plus précis mais soient aussi le plus concis possible.
Je précise aussi que j'ai fait partie des premiers lecteurs de la revue et que j'ai encore, sans aucun manque les numéros 1 de 1978 jusqu'au N° 174 de décembre 1992. Puis 50% en 93,94,95 97 et 98, puis souvent quelques numéros de Juillet/Août, mais cette année dernière, même ce numéro m'a déçu et je ne l'ai plus acheté.
Vous aurez compris que je redonne à César ce qui lui appartient, et que je félicite l'auteur du montage Georges Treels.)
J'ai plus appris par BIGONOFF et par recherches sur le Net que par la revue qui a pris à mon sens un mauvais virage et qui je m'en souviens a ouvertement incendié ses lecteurs qui protestaient contre les choix de micro contrôleurs. -Je n'ai pas apprécié cet épisode !-
2 Le PMLCDL et son utilisa
tion
L'utilisation est donc prévue dans le but d'alimenter des voltmètres de tableau PMLCDL en 8 à 12 V et isolés galvaniquement de la tension à mesurer. Ces afficheurs consomment environ 1 mA (Voir Nota pour les valeurs en milieu de ce paragraphe).
Je prévois de réaliser 4 ou 5 alims de ce type pour m'équiper d'une "alimentation un peu actuelle" avec affichage du courant et de la tension, ainsi que pour un futur générateur de courant avec de même, mesure de courant et de tension.
Il me reste une incertitude que je ne suis pas en mesure de lever, qui est de savoir si une seule alim isolée d'un montage peut alimenter 2 voltmètres PMLCDL (Un pour mesure de la tension et un autre pour mesure du courant par exemple) ? Mais j'ai de très gros doutes !
Ma supposition de cette nécessité d'isolation est la suivante :
Ces appareils de tableau doivent peut-être utiliser une référence interne différente de celle de la mesure, notamment pour abaisser le niveau général et éviter d'avoir à utiliser une alim négative pour quelque ampli OP.
Est-ce la véritable raison ? Peu importe, mais ce principe me laisse de gros doutes sur la possibilité d'utiliser une même alim pour 2 voltmètres PMLCDL installés dans un même montage et à des potentiels légèrement différents.
Cela ne m'empêchera pas dans la version 5V que j'ai établie, de m'arranger pour que le montage puisse alimenter 1 (ou 2) appareils de type PMLCDL, mais sans rêver sur la possibilité effective d'en mettre 2 !
NOTA : un afficheur PMLCDL consomme en valeur moyenne 1 mA de 7V à 8.2V et à peine plus jusqu'à 12V, soit 1.1 mA. Cet afficheur commence à "noircir" les digits (Avec low-bat à 2.62V) et l'indication "low-bat" s'éteint à 7V. Entre 2.62 V et 7 V, rien n'indique si l'appareil fonctionne correctement, et je pense qu'il faut se fier aux spécifications de la notice et rester au minimum de 8V. Il faut cependant faire attention aux petits pics de courant qui peuvent monter jusqu'à 1 mA.
2.1 Les calibres et le point décim
al
Autre point cette fois concernant les CALIBRES. Les voltmètres PMLCDL sont livrés en calibre 200 mV configuré avec court-circuit sur P1.
La notice fait l'amalgame entre le pont diviseur d'entrée et la position du point décimal, et les indications de la notice sont ambiguës, car il faut savoir si on doit afficher des Volts ou des millivolts.
De toutes façons, c'est du "china_made" et il ne faut pas trop demander de précisions. J'ai vérifié et cela donne les possibilités d'affichages 3 digits ½ suivantes pour une tension d'exemple de 45.6 mV :
(1) 45.6 avec strap P1 (L'expression est obligatoirement en calibre 200 mV de base ou en Volts avec un pont diviseur (externe) calibré à 200V. Cela correspond à la sensibilité de base de l'appareil, avec une décimale après les mV )
(1) 4.56 avec strap P2 (Il ne pourra s'agir que de Volts avec un pont diviseur calibré à 20 V. La plus petite sensibilité étant 200 mV il ne peut pas s'agir d'un calibre 20mV !)
(1).456 avec strap P3 (il ne pourra s'agir que d'un calibre 2 V ou cas peu probable d'un calibre 2 KV).
Le (1) représente le demi digit possible des 3 ½ (Poids forts). On voit parfaitement que les unités de tension peuvent être soit des mV soit des Volts suivant le pont diviseur qui sera utilisé.
NOTA 1: Les seules unités habituelles de tension, utilisées sont le VOLT et le MILLI VOLT. (Je n'ai jamais vu utiliser le déciVolt ou le centiVolt bien qu'ils existent !).
NOTA 2 : Que dire, lorsque aucun strap n'est installé ?
Eh bien l'affichage ne comporte plus aucun point et il est ainsi pour la même valeur (1)456 le calibre est en centaines de micro volts et à priori sans unités dûment répertoriées, mais pourrait représenter aussi un calibre 2000V, mais cela revient au même qu'un calibre 2 KV (exprimé cette fois en KV !)
A priori il est préférable de ne pas implanter les résistances RA et RB indiquées, car l'impédance d'entrée va largement en souffrir.
En premier lieu le circuit est très fin et il y a risque de l'abîmer en implantant ces résistances.
En deuxième lieu il est préférable de traiter le problème en externe au PMLCDL avec des composants dont la valeur, la taille et la précision pourrait poser des problèmes pour les implanter. De plus il peut être utile de disposer de plusieurs calibres sur un même appareil.
Enfin il est toujours délicat de désolidariser l'électronique et le circuit LCD à cause des mauvais contacts ultérieurs et des centrages aléatoires. On gardera donc de préférence la sensibilité de 200mV comme valeur de base mais pas nécessairement avec le strap P1, mais le plus couramment avec P2 (Pour une alimentation par exemple avec affichage de 0 à 20V).
Dans le cas contraire, que faire alors des points décimaux ? Je pense qu'il devrait être possible avec des switchs CMOS 4016 ou des multiplexeurs CMOS comme le 4053, de commander les 6 fils de liaisons P1, P2, P3 extérieurement.
J'espère qu'il n'y aura pas de conflit de référence de tension tant les impédances sont grandes, mais ce sont des essais à réaliser ! Cela impliquerait de monter des pins de connexion (Et de préférence des pins coudées). (A noter qu'une commande directe tri-state d'un PIC semble possible mais poserait des problèmes de référence de tension incompatible lors d'un niveau zéro).
Cette approche des points décimaux devient bien compliquée si elle doit être traitée, aussi je pense que l'affichage devrait rester dans un calibre précis comme dans le cas d'une alimentation, ainsi que déjà dit. Dans le cas contraire, il me semble que d'autres solutions seraient préférables....
(Mais si des switchs mécaniques sont utilisés pour plusieurs calibres, alors le problème devient extrêmement simple !)
3 Le montage Elektor de Georges Treels
C'est une publicité méritée pour la revue et l'auteur Georges Treels
, car ce montage fonctionne parfaitement (avec une tension d'alimentation de 10 V au minimum).
J'ai repris le cœur du schéma intégralement avec les mêmes composants, à la pin près. Je ne publierai pas l'intégralité du schéma par simple déontologie et je vous renvoie vers l'article correspondant d'Elektor de Juillet/Août 2011 (N° 397/398) page 72. Cependant je publie le schéma de la zone de sortie que j'ai modifiée pour les raisons suivantes :
Un 78L08 consomme plus que l'afficheur lui-même et c'est un peu dommage.
Aussi, et c'est plus simple encore, j'ai simplement mis une diode zener de 8.2V avec seulement 1 mA de courant zener, soit une résistance série de 1.5K. De plus, le régulateur 78L08 utilisé est un peu faible car la tension MINI officielle des afficheurs PMLCDL est de 8V (Et s'étend jusqu'à 12V). Pour ceux qui souhaitent tout de même un régulateur, je recommanderais volontiers un 78L09 qui demandera une tension d'alimentation supérieure de un Volt.
Une précision concernant les deux condensateurs de 1µF qui sont des
modèles non polarisés impérativement. (J'ai du faire mes fonds de tiroirs pour trouver des vieux modèles MKL car ces valeurs en non polarisé ne sont pas très courantes) Ce sont ces deux condensateurs qui assurent l'isolation de la sortie, et la qualité de ces condensateurs me semble importante, surtout d'un point de vue des fuites et des déséquilibres éventuels des mesures.
Avec ces condensateurs, tout se passe comme si c'était un transformateur qui alimentait le pont de redressement, puisque les tensions sont alternativement en opposition comme sur un transfo.
Suite à un petit court-jus inopiné, je peux affirmer que l'on peut encore faire plus simple en mettant un des deux condensateurs à la masse (côté 40106). Un redressement simple alternance devrait également être possible dans cette situation ? 2 portes seraient ainsi récupérables pour d'autres usages ou au besoin pour un surcroît de courant ...
Autre information, concernant la tension isolée galvaniquement : La valeur de cet
te tension isolée ne pourra jamais être supérieure à la tension d'alimentation sur ce montage, et le plus habituellement, elle est d'environ 1 volt plus faible dans mon cas, et certainement un peu plus faible encore avec un pont composé avec des 1N4148 au silicium.
La tension isolée suit directement la tension d'alimentation (Avec zener déconnectée). Je n'ai pas fait d'essais sur la fréquence, mais elle ne devrait pas jouer autrement que sur le courant général consommé.
Ensuite, j'ai utilisé un pont réalisé avec des diodes au germanium (Vieux rebuts de fabrication de 1968 sans type précis), dont la tension directe est plus faible que les 1N4148 qui sont en silicium. Ceci explique les pertes de tension plus réduites et l'écart assez faible avec la tension d'alimentation.
La diode zener de sortie sera de 8.2V ou 9.1V pour permettre aux afficheurs de fonctionner avec une marge de sécurité. Cette diode sera active pour réguler la tension isolée. (Tension à l'amont supérieure à la tension de zener)
La consommation générale du montage augmente avec la tension d'entrée suivant le tableau ci-dessous (Alimentation chargée par 10K soit environ 1 mA qui est la consommation des voltmètres PMLCDL).
Attention ce tableau n'est pas à comparer avec le suivant car la diode zener a été déconnectée et la charge est purement résistive et fixe (10 Kohms).
U Alim source, I total consommé en mA, U isolée sortie (sur 10 Kohms)
*NOTA : Pour une tension d'entrée de 9.49V et un courant de sortie isolée à environ 3 mA 3x10K en //), la tension isolée passe à 8.28V au lieu de 8.5V pour environ 1mA (10K).
Autre élément important découvert en "épluchant" ce montage, le 40106 est un circuit CMOS un peu "nouveau" outre son aspect trigger de Schmitt, puisqu'il permet contrairement aux anciens circuits CMOS (série 4000) de monter à 20V. J'ai ensuite regardé le fan_out des sorties, et il est assez élevé puisque l'on peut obtenir 6.8 mA à 1 comme à zéro. Comme 2 portes sont en // le courant que l'on pourrait tirer est donc de 13.6 mA
Avec les valeurs utilisées par l'auteur, la fréquence relevée est de 12.5 KHz. Cette fréquence relativement moyenne, permet d'avoir un filtrage efficace avec de petites capacités.
Ce montage est donc parfaitement adapté pour alimenter des afficheurs sur des appareils (alimentations par exemple) disposant d'une tension d'au moins 10V.
Ce montage ne convient plus si il n'y a PAS de tension suffisante en entrée, et c'est là qu'il faudra utiliser le montage de la deuxième partie d'article, que j'ai initialement réalisé.
Ce circuit parfaitement adapté fonctionne parfaitement dans ce cadre d'emploi où la présence d'une alimentation d'au moins 10 volts existe. Il aussi le grand avantage d'être particulièrement économe en énergie, puisqu'il consomme largement moins que le montage élévateur de tension décrit dans la deuxième partie.
Voici le tableau relevé sur ce montage en situation réelle d'alimentation PMLCDL avec zener de 8.2V
NOTA : On remarquera en examinant les deux tableaux, que si l'on peut se passer de la zener c'est encore mieux du point de vue consommation générale du montage, mais cela nécessite de régler et réguler parfaitement la tension d'alimentation.
4 Quelques précisions
Je n'ai pas utilisé les circuits imprimés proposés dans la revue car il faut toujours des logiciels que l'on n'a pas, et de ce point de vue, cela me gêne beaucoup, même si ils sont gratuits.
Je préfère encore faire ma petite bidouille dans mon coin sans engorger mon
PC avec des bribes de logiciel qui traînent un peu partout. (REGEDIT n'est pas pour moi !)
Certes quand ça va, c'est bien ! Mais au moindre pépin c'est la panique, ainsi pour l'anecdote, mon Internet Explorer 8 pose des problèmes d'envoi d'images sur le blog et les boutons de mise en forme ne fonctionnent plus, tout autant que les couleurs. Voilà pourquoi je suis rétif aux nouveautés tous azimuts ! heureusement que j'ai quelques PC de secours !
(Concernant le CI, des condensateurs de différents format sont acceptés, puisque des pastilles ont été ajoutés).
En ce qui concerne la résistance R2 située avant la zener de sortie, j'ai placé 1.5K qui permet de fonctionner de 9.29V à 20V de tension d'alimentation. Cependant si vous voulez faire quelques économies de courant vers les tensions élevées, vous pourrez augmenter cette valeur, ce qui réduira le courant zener d'autant. C'est pour cette raison que je l'ai placée sur picots.
J'avais prévu un trou dans le CI pour pouvoir régler le potentiomètre situé SUR le PMLCDL, mais à un emplacement qui s'est trouvé décalé et donc difficilement exploitable. De toutes façons, le circuit étant amovible par des broches femelles, le problème n'est pas important.
Sur ce montage, j'ai prévu deux petites boucles en fil nu de 4/10 pour contrôle de la tension effective d'alimentation isolée du PMLCDL. Les broches de raccordement sont des pins Berg coudées qui assureront les mesures et l'alimentation générale.
J'ai également essayé d'attaquer un pot ferrite avec les deux condensateurs, dans le but d'augmenter la tension d'utilisation en abaissant la tension d'alimentation, mais les valeurs relevées étaient très faibles et cette voie n'est donc pas si simple à ouvrir. Je ne m'y attarde donc pas.
Deuxième partie
5 Montages élévateurs à sortie isolée
Cette deuxième partie traite de deux modèles d'alimentations isolées galvaniquement à partir de faibles tensions d'alimentation, et particulièrement de 5 Volts, et même jusqu'à 3.3 Volts .
Ce montage est en réalité un seul et même schéma ainsi que le Circuit Imprimé commun mais avec deux pots ferrite différents. Le critère essentiel est la taille réduite, la simplicité associée au nombre de composants.
Deux éléments sont les piliers de ce montage :
5.1 Le NE555
Ce n'est pas enfoncer une porte ouverte que de dire un mot sur ce circuit très utilisé et dont j'avais oublié les très bonnes possibilités d'alimentation et de puissance de sortie (Et même les possibilités de faire de la MLI).
Pour l'instant il m'intéresse seulement par la puissance qu'il est en mesure de fournir. Il est stable et peu fragile. Avec ses 225 mA de sortie et son alimentation maxi à 16V ou 18V selon les fabricants, il est donc capable d'attaquer un transformateur HF de type pot ferrite.
Il ne m'a pas été possible de trouver les caractéristiques du transistor (interne) qui assure la commande DISCHARGE du NE555. J'aurais bien apprécié pouvoir répliquer le montage astable parfaitement symétrique du détecteur de niveau de citerne, mais c'est un risque que je ne prendrai pas en l'absence de spécifications. Alors c'est bien la sortie normale pin 3, que j'utiliserai….dommage !
5.2 Le(s) pot(s) fer
rite
Le pot ferrite est l'âme de ces deux montages, et là c'est l'improvisation totale qui dirige. Il serait vain de vouloir appliquer la formule de Boucherot, car en HF plus rien n'est pareil. De nombreux modèles existent, voir la photo ci contre, les deux modèles cités sont le "Normal" et le "Petit"
Quelle fréquence utiliser ? Certainement pas du 50 HZ car il faudrait des milliers de spires, et volume et poids seraient importants. La taille des bobinages serait plus importante que le transfo ! (Le but est seulement d'ajouter ce petit montage derrière un afficheur et non de faire une centrale nucléaire)
J'ai donc cherché dans mes stocks. J'ai plusieurs types de pots ferrite de récupération, mais ils sont tous un peu gros et c'est un peu dommage, mais "ils iront tout de même". J'ai bien un seul petit modèle, qui devrait aller, mais c'est un modèle unique qui ne permettrait pas de faire 5 ou 6 montages identiques. (Erreur je viens d'en retrouver plusieurs dizaines à démonter)
Il me faut en effet pourvoir avoir une suite suffisante de pièce identiques pour les 5 ou 6 voltmètres.
Un autre point important intervient aussi qui est le cycle d'hystérésis, et donc il faut savoir si du courant continu doit passer ou non. (Nécessité ou non d'un entrefer) Je passe sous silence les caractéristiques techniques des ferrites ainsi récupérées, car elles sont absolument inconnues (fréquences, pertes, bobinages etc...). Il s'agit bien d'improvisation complète !
Un tore conviendrait-il ? Je pense que oui, mais bobiner autant de spires est quasiment irréalisable, alors le circuit magnétique devra pouvoir s'ouvrir et le pot ferrite est ce qui convient le mieux.
5.2.1 Le modèle "norm
al"
Dans notre cas, je vois mal le NE555 piloter quelques dizaines d'ohms en courant continu….Alors le choix est vite fait, d'autant que ces pots ferrite sont sans entrefer. Le transfo (pot) sera alimenté uniquement en alternatif par un condensateur de liaison.
Voici dès maintenant les caractéristiques d'un modèle qui m'a donné satisfaction, que j'ai débobiné puis rebobiné ensuite pour pouvoir donner les caractéristiques des bobinages et vérifier.
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Le pot sans entrefer modèle "normal" : Pot cylindrique
diamètre ext 17.79mm
diamètre int noyau 7.44mm avec trou central de 3mm
hauteur totale des deux demi coquilles : 10.51 mm
Primaire : Nbr de spires 205 diamètre 13/100
Secondaire Nbr de spires 10 diamètre 56/100
J'ai donc rebobiné pour vérification le même pot avec des bobinages un peu différents pour cause de diamètres de fils non disponibles. Primaire 205 Spires diamètre 15/100 Secondaire 10 spires bobinées en 2 fils de 25/100. (Dans ce cadre particulier, la valeur ohmique des bobinages a une très faible action sur les tensions de sortie. Cependant j'ai préféré pour la HF, bobiner 2 fils de 25/100 au lieu d'un fil de 50/100 ; ( les sections cumulées ne sont pas identiques))
5.2.2 Le petit mod
èle
Ce modèle est certainement issu d'une électronique de commande de thyristor, et est encore plus petit que le modèle "normal", Il est composé de 2 enroulements.
L'un de 40 spires (En couche externe) et l'autre de 79 spires en 18/100 en interne, mais ce n'est pas un transfo élévateur de rapport suffisamment important.
Il faut donc débobiner le dernier enroulement de 40 spires et le remplacer par quelques spires…Ce n'est pas trop difficile à réaliser…. En effet qui dit pot plus petit, entraîne plus de spires par volts, mais le problème est bien à ce niveau, car il n'y a pas la place pour du fil de 15/100. (115 spires possibles)…
Alors j'ai gardé ce nombre de 79 spires pour le secondaire et bobiné 6 spires pour le primaire ! Résultat cela fonctionne tout de même et donne 8.3V à 13 KHz mais avec une consommation de 20 mA ce qui est beaucoup pour fournir un malheureux milliampère.
Alors j'hésite à bobiner en 6/1/00 car c'est réellement très fin et difficile. Il serait souhaitable dans ce cas de mettre plus de 200 spires au secondaire et 10 à 15 spires au primaire. Si j'ai le temps j'essayerai mais c'est très délicat de réalisation….
Je viens de tenter le diable en 6/100, et après avoir cassé et recommencé 3 fois avant d'arriver vers 180 spires, je suis obligé de déclarer forfait pour ce diamètre !
Je réessayerai encore avec du 9/100 ou 10/100 si j'en trouve, mais j'aimerais bien déboucher avec les petits pots qui sont tout de même moins gros et moins lourds.
Cela a partiellement réussi en petit fil guipé soie de l'ordre de 9/100 mais cela nécessite tout de même des améliorations car je n'ai pu bobiner que 150 spires qui ne sont pas trop bien rangées, et il devrait être possible de faire mieux (La photo représente le pot terminé avec 8 spires au primaire. Le résultat électrique est effectif, mais consomme beaucoup de l'ordre de 20 à 25 mA, et je pense qu'il est possible de descendre un peu en courant consommé.
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Dimensions du "petit pot" ferrite cylindrique (sans entrefer)
diamètre extérieur 11.12 mm mais sur embase nylon carrée avec cosses "flottantes".
diamètre noyau 4.5 mm avec trou de 2.1 mm environ
épaisseur des deux coquilles : 6.48 mm (Absence d'entrefer) C'est très petit !!!
Et c'est même difficile de monter un compteur de tours...(voir l'article sur le calcul et la réalisation des petits transformateurs)
NOTA 1 : Quelque soit le pot ferrite utilisé, la consommation augmente systématiquement avec la fréquence, aussi je suis revenu finalement avec le pot "normal" à une fréquence de 13 KHz et pour 1mA à 8.5V, la consommation de l'ensemble passe à seulement 10 mA et ne dépasse que très peu 12V sur la gamme de réglage de fréquence du potentiomètre RB.
NOTA 2 : Plus les dimensions sont petites, plus il est difficile de placer des rubans adhésifs toujours trop épais. Aussi j'ai remarqué que certains modèles sont englués, ce qui limite les sur-épaisseurs et permet de bobiner plus de spires. Les sorties sont cependant délicates à réaliser et la casse de la sortie de fil de la première couche devient une catastrophe... qui oblige à tout recommencer. (Il n'y a pas la place réelle pour sortir de plus grosses sections de fils, éventuellement une torsade de ce même fil, mais c'est la seule possibilité).
NOTA 3 : Il n'y aura pas de photo de réalisation présentée avec ce petit pot car cela a été seulement essayé en "volant" sur la maquette d'essais.
Attention, le 5V devra être régulé, car la tension de sortie est fonction directe de la tension d'alimentation.
6 Le monta
ge
Les matheux vont certainement bondir au plafond, mais je me vois mal calculer en imaginaires quelque chose dont je ne connais rien, et de toutes façons les imaginaires et "tout le reste" sont beaucoup trop loin pour que j'y revienne....!
Un NE555 dans son fonctionnement astable le plus standard délivre une tension rectangulaire à un transformateur. Le réglage de la fréquence est prévu pour 2 raisons que l'on expliquera ci-après.
Le pot ferrite lié par un condensateur C3 de 0.1µF permet de travailler sans entrefer. Ce transformateur est un élévateur de tension et le nombre de spires au primaire est très faible relativement au secondaire. J'ai donné dans le paragraphe précédent les caractéristiques mécaniques précises des pots que vous pourrez bobiner vous-même, (dont le modèle "Normal" sans réelles difficultés).
(Un condensateur de liaison C3 de valeur 4.7µF donne de moins bons résultats, et tout laisse à penser que cette réactance réduite est importante). Je ne suis pas allé jusqu'à rechercher les résonances qui pourraient exister.
Le secondaire est donc parfaitement isolé du primaire et comporte seulement
un redressement mono alternance. Pourquoi ? J'ai essayé avec un pont de diodes 1N4148 et le résultat a été strictement identique du point de vue tension de sortie qu'avec un redressement simple alternance. (En HF les 1N4003 et autres ne conviennent pas). Alors pourquoi faire compliqué ?
Je n'ai par contre pas essayé si au niveau consommation il y avait eu changement ? D'emblée, je peux presque affirmer que s'il y eu changement, celui est très faible. En effet la puissance consommée et la tension de sortie sont directement fonction de la fréquence.
Les fronts raides du signal de sortie du NE555 et la self du pot (avec impédance ramenée au primaire) rencontrent toujours quelque capacité à charger qui vont s'empresser de faire des oscillations amorties à chaque front. Aussi, les diodes D3 et D4 sont là pour permettre d'éviter ces pics qui pourraient à terme détruire le NE555.
Au secondaire, vu la fréquence, un condensateur de filtrage de 0.1µF est suffisant pour les débits de 1 à 3 mA. Il y a ensuite une résistance symbolique de 150 ohms qui ne sert pas à grand-chose tant la résistance interne de cette alimentation est élevée (De l'ordre de 8K)
La tension à vide peut monter jusqu'à 30V au vu du rapport de transformation de 20 environ, mais la demande du courant de 1 mA fait chuter la tension de 7 à 15V suivant la valeur exacte de la tension d'alimentation et le réglage de fréquence.
La tension de sortie assez élevée relève plus du di/dt que du simple rapport de transformation. L'énergie obtenue relativement à la surface des pics est certainement assez faible.
Sur la sortie, j'ai donc mis une zener de 12V dont le rôle est seulement de protéger en cas de dépassement et d'éviter la destruction des voltmètres en cas de fausse manip (d'où la résistance de 150 ohms face à 8K de résistance interne, totalement inefficace…mais !)
Le but à ce niveau est d'obtenir une tension assez précise pour permettre d'alimenter en sécurité un afficheur. Aussi la fréquence sera ajustée au plus fin pour obtenir seulement 8.2 volts en utilisation sans atteindre la tension zener de 12V qui est seulement là en sécurité. Il n'y aura donc aucun courant de Zener proprement dit, mais en conséquence absence de régulation !
J'ai laissé tout de même cette fois un petit chimique de 1 µF, non pas pour filtrer car il devrait être assez inefficace à ces fréquences, mais pour assurer une résistance interne (dynamique) de faible valeur, faisant aussi office de réservoir d'énergie et absorber les petits pics de courant dus au fonctionnement de l'afficheur.
Initialement je pensais régler la tension de sortie par le rapport de transformation, mais c'est trop incertain de jouer sur quelques spires. Régler la tension par une diode zener est une consommation supplémentaire déjà assez élevé, aussi la tension de sortie sera simplement réglée par la variation de fréquence sur le potentiomètre RB.
Le condensateur C4 joue naturellement son rôle dans l'ajustement de la fréquence et une valeur de 2.2nF permet d'avoir 11.3 V au mini du réglage pour 1 mA, (et 9V pour 2 mA de consommation).
Mes dernières mesures pour un seul appareil à alimenter, (donc 1 mA) permettent d'utiliser un condensateur de 4.7nF et donc d'abaisser la fréquence à 13 KHz et d'établir une consommation totale à 10 mA ce qui devient "juste acceptable" d'un point de vue de la consommation. On notera que le rapport cyclique est affecté par ce réglage de fréquence, et joue très légèrement sur la tension délivrée.
7 Le CI et les essais
Je lui ai donné les mêmes dimensions que celles du CI du voltmètre PMLCDL et
il est prévu enfichable sur les 4 pins. La fixation restera sommaire faute de possibilités, et seule la "bidouille" permettra de donner un peu de rigidité de mouvement à l'ensemble.
Le CI a été prévu pour les 2 dimensions de pot ferrite et je ne désespère pas encore d'arriver à utiliser les petits pots…?
(Ci-dessous, le cuivre du CI a été raté mais est suffisant pour les essais)
Tableau des consommations et fréquences pour Une alimentation de 5 VOLTS et C4=4.7 nF en alimentation réelle du voltmètre
Tableau des consommations et fréquences pour U alimentation de 3.3 VOLTS et C4=1.5 nF
8 Les variantes
Elles peuvent être nombreuses en fonction de votre tension d'alimentation disponible, des pots dont vous disposez, du courant que vous imposez et de la consommation que vous acceptez. J'attire votre attention sur le type de pot avec ou sans entrefer. Pour ma part c'est SANS entrefer !
Si vous voulez plus de puissance, alors il faudra envisager un transistor balast avec peut-être cette fois passage de courant continu et entrefer, voire même de changer totalement de stratégie de montage en adoptant un oscillateur de puissance sur pot ferrite avec enroulements multiples ? A chacun de trouver "son compte" dans la multiplicité de solutions pour résoudre ce stupide problème d'alim isolée. (Dans des temps reculés ces montages s'appelaient des "convertisseurs")
Dans les derniers instants de conception des CI, j'ai ajouté sur le petit CI un potentiomètre RB de réglage de la fréquence du NE555 et donc de la tension de sortie du montage (Résistance Pot_RB du NE555).
Dans le cas supposé où un seul appareil PMLCDL est possible par module d'alimentation isolée, il me semble judicieux d'abaisser la fréquence au maximum pour obtenir le minimum sécuritaire de tension sur le PMLCDL et le mini de consommation.
Je définis ce minimum sécuritaire à 8.2V pour mini à 8V. On pourra donc passer C4 à 10 nF voire à 15 nF et régler POT_RB pour 8.2 V. Ainsi le rendement sera optimum pour la tension minimum de fonctionnement des PMLCDL
9 Conclusions
Un petit montage (Version pot) qui fonctionne bien aussi, mais qui reste gourmand en énergie.
Avec un condensateur C4 de 1.5nF, et le pot ferrite "modèle Normal", il est possible d'alimenter cette alimentation isolée en 3.3 Volts.
La fréquence est alors de 90 KHz pour une consommation de 15.58 mA et une tension isolée de 8.22V.
Malheureusement, le montage ne descend pas jusqu'à 2V, mais de 5V à 3.3 Volts cela laisse tout de même d'intéressantes possibilités.
Allez, et "que vous ayez ou non du pot", le premier montage Elektor, tout comme les modèles avec pot ferrite fonctionnent !
Un bon conseil, préférez toujours si c'est possible, les montages sans bobinages, car c'est toujours la panique...Mais il y a des situations où il n'est pas possible de faire autrement !...
Si vous souhaitez les typons je les mets à disposition au format très connu .TIF. Il y a à chaque fois 2 bandes de 3. Il suffit alors de doubler une des bandes pour obtenir 3 Typons d'une opacité parfaite et ainsi 3 CI. (Les exemples photographiés sont réalisés ainsi, sauf un loupé assumé par un mauvais dépôt de vernis photo).
A tirer de préférence sur un logiciel respectant les dimensions incluses dans le .TIF (photofiltre par exemple)
Typon ALI_GAL4 pour modèle Georges Treels avec condensateurs (157KO)
Typon ALI_GAL3 pour modèle à pots ferrite (151 KO)
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