[Tuto] - Modification alimentation à découpage

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[Tuto] - Modification alimentation à découpage

Message non lupar Krapoutchik » 04 nov. 2012, 14:51

Coucou,

J'ai récupéré à la WDA diverses alimentations à découpage en panne dans le but de les réparer mais dans tous les cas c'est le cordon secondaire et le jack qui sont coupés/abimés/détruits/fondus etc... ::(
Il m'est venu une idée pour éviter de tout jeter à la poubelle (horreur :bullwhip: ), pourquoi ne pas essayer de trouver comment les modifier pour avoir une tension plus standard et utilisable partout :8: .
En effet ce sont des alims d'ordinateur portable qui délivrent entre 19 et 20 V donc absolument inutilisables pour un usage courant qui nécessite souvent entre 9 et 12V.
Dans un autre post, je montrais comment fabriquer une alim pour sasfépu à l'aide d'un petit module made in china à 1euros 50. Ca, c'était facile à faire mais l'inconvénient est d'avoir un courant limité par le module supplémentaire.
Pour info, ici j'indique comment ouvrir ce genre de boitier sans faire le barbare :mrgreen: .
D'où la question : Comment modifier l'alimentation directement pour avoir la tension que l'on veut en sortie avec un courant de 3 à 4 ampère, suivant la puissance de l'alim :think: .

Avertissement : Bien que relativement simple à faire cette modif ne s'adresse pas à tout le monde, on travaille à proximité de tension importante (~300v) et la moindre erreur est sanctionnée par des effets pyrotechniques, électrocution, brulures etc... :naughty: .

Bon, ça c'est fait, on peut rentrer dans le vif du sujet :mrgreen:

Tout d'abord cette modification ne s'adresse qu'à une alimentation qui comporte un circuit TL 431, c'est le cas de 95% des alimentations.
Le schéma de principe de la partie contrôle basse tension, à peu de chose près (valeurs de résistances et tensions), est identique dans toutes les alimentations.
Ce qui nous intéresse est la résistance cerclée de rouge, il suffit de la diminuer en connectant un potentiomètre en // pour faire baisser la tension et la rendre ajustable :clap: .
Ce potentiomètre doit avoir une valeur 4 à 5 fois plus élevée que la valeur de la résistance sur laquelle on se branche, dans le schéma ci-dessous il en faudrait un d'une valeur de 47K environ.
schema alim-TL431.jpg
La tension de sortie est égale à Vo=Vref*(1+R6/R7), Vref est égal à 2,5 pour le TL 431

Bien souvent la résistance (en rouge sur le schéma) est composée de plusieurs résistances en // de façon à avoir une valeur bien précise.

Voici l'alim que je modifie, elle est en panne (syndrome du tzip... tzip..), pour faire simple, le cordon basse tension est en court-circuit et, bizarrement, le TL 431 a dégagé, d'habitude c'est plutôt la diode puissance :think: .
Détail "amusant", cette alim est fourni avec un ordinateur d'une très grande marque asiatique et elle ne comporte pas de filtre en entrée et pas de filtre en sortie, vraiment pas terrible, je ne lui confierai pas ma carte mère :qright: !
1gros plan.JPG
Changing output voltage of switching power supply by connecting a 20k potentiometer on R27, R01.

R27, R01 sont équivalentes à R6 dans le schéma et R2, R29 à R7
Tout ce qu'il y a à faire est de connecter un potentiomètre de 20K en parallèle sur R27,R01.
ATTENTION, tout ce qui est à gauche de l'optocoupleur est sous tension secteur !

12 V.jpg
Le TL 431 d'origine en boitier SOT 23 est changé par un modèle en TO92, c'est pas joli mais c'est tout ce que j'avais dans mes tiroirs !

Et voilà, ça marche :D , on peut régler de 8,5 à 15V, il ne faut pas essayer de descendre trop bas en tension car l'alim "décroche", d'ailleurs, pour bien faire les choses, il faudrait insérer en série avec le potentiomètre une résistance talon pour éviter le décrochage.
La régulation en charge n'est pas fameuse mais est acceptable (on perd 200 à 400 millivolt en charge sous 3 à 4 ampères).
Juste au dessus du potentiomètre, la résistance de puissance qui me sert à charger l'alimentation.
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Re: [Tuto] - Modification alimentation à découpage

Message non lupar Krapoutchik » 04 nov. 2012, 22:01

Une petite suite à mes bricolages Frankensteinien :mrgreen:
Au fait, j'ai oublié de le dire mais cette alimentation à l'origine faisait 19 Volts et 3.42 Ampères soit 65watts.

J'ai remarqué que le secondaire du transfo était constitué de 2 enroulements connectés en parallèle pour avoir plus de puissance, hum... et si je séparais les enroulements ?
Voyez vous où je veux en venir ?
Non... ?
Un enroulement = 1 tension
Deux enroulements = 2 tensions :drunken:
Euh... oui... et alors :think: ?

Et bien, avec le deuxième enroulement on peux fabriquer une tension négative qui est l'exact reflet de la tension positive et comme celle ci est réglable entre 9 et 15 V , ça commence à devenir intéressant :8: .
Il est extrêmement simple de fabriquer une ou plusieurs tensions à partir d'une autre du même signe, on peut donc avoir assez vite une alimentation quadri tension pour un vieux ou très vieux Sasfépu, +12, +5, -5 et -12v pour un Apple 2 par exemple.

Et hop la preuve en image...
double alim.JPG
En zoomant, on voit bien les traces de cutter sur le cuivre qui m'ont permis de séparer les 2 enroulements.

Prochaine étape, mettre tout ça au propre parce que là ça ne tient plus vraiment dans la boite d'origine ::lol:
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Re: [Tuto] - Modification alimentation à découpage

Message non lupar Krapoutchik » 29 nov. 2015, 19:52

Et.... hop, une autre modification d'alimentation à découpage :8: .

J'ai trouvé un aspirateur Roomba dans une poubelle mais sans son alimentation de 22,5 v 1,25 A, en fouillant dans mon fourbi j'ai trouvé une alimentation 24V 2A.
Mouais... 2A c'est impeccable mais 24V est un peu fort, il va falloir diminuer la tension pour que je puisse l'utiliser.

Comme d'habitude, direction la table d'opération pour une opération à boitier ouvert :mrgreen: .

Super, pour une fois le boitier n'est pas collé mais comporte 4 vis, troooooop facile :8: .

Tip top, l'alim a un TIL 431, cela va faciliter le travail.
til431.JPG

diviseur de tension.jpg


La tension avant modification.
Avant.JPG


On aperçoit la résistance supplémentaire que je vais mettre en parallèle de celle d'origine, après quelques mesures et savants calculs :liar: je parviens à la conclusion qu'il me faut une 240 Kohms mais entre la théorie et la pratique il y a parfois un petit écart :think: .
D'abord au lieu de 24 V j'ai 24,65 et au lieu de 22,5V je vais descendre à 21,5 V en définitive une résistance de 150 Kohms va faire le job.
Ici un test avec une résistance de 100K, hum... un peu faible.
apres.JPG

Facile non ?

Branchement sur mon Roomba et .... zut, crotte et flute ::twisted: au bout de quelques secondes j'ai une erreur 4, visiblement ma modification n'est pas suffisante.
Je n'ai pas mis longtemps a trouver mon erreur, en bref l'alimentation d'origine du Roomba n'est pas une simple alimentation mais bien un chargeur qui doit délivrer un courant constant de 1,25 A pour recharger convenablement la bécane.

Direction gougueule pour trouver un schéma de générateur de courant simple et rapide à monter, 2 dixièmes de seconde plus tard un schéma simplissime, plus simple ce n'est pas possible, un LM317 et une résistance, c'est tout :D .
Je n'ai pas mis le schéma, il suffit de voir la photo ::wink: .
genecourant.JPG


Il faut un bon refroidisseur pour le LM317 car avec une tension d'entrée de 21,5 et une tension de sortie d'environ 16 v pour un accu partiellement déchargé et une intensité d'1 A, le LM317 et la résistance de 1,2 ohm dissipent environ : 21,5 - 16 = 5,5 V sous 1 A soit 5,5 X 1 = 5,5 Watts dont 1,2 Watt pour la résistance et le reste, 4,3 Watt pour le LM317.
Avec cette puissance à dissiper la température du radiateur avoisine les 50°.
Pour calculer la résistance, c'est ultra simple :
I = 1,25/R --> R= 1,25/I
Comme je n'avais qu'une résistance de 1, 2 ohm dans mes archives au lieu d'une 1 ohm, le courant de charge est de 1 A au lieu de 1,25 A et avec une tension de 21,5 V au lieu de 22,5 je me demandais si la charge pouvait se terminer sans erreur.

Après quelques heures de charge.... Youppppppeeeeeeee ça marche :banana:
Il n'y a plus qu'à intégrer tout ça.
J'ai une petite préférence pour installer le petit générateur de courant dans l'aspirateur, comme ça je pourrais utiliser quasiment n'importe quelle alimentation classique pour peu qu'elle puisse me fournir une tension suffisante.
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Re: [Tuto] - Modification alimentation à découpage

Message non lupar Krapoutchik » 04 déc. 2015, 23:52

Hello tous,

Vous avez vu qu'il n'est pas si compliqué que ça de modifier la tension de sortie d'une alimentation à découpage.
J'ai essayé de donner la recette pour le faire mais, comme toute recette, on a envie de l'améliorer, de la modifier pour qu'elle soit plus à notre goût :).

Pour que vous puissiez comprendre un peu mieux ce qui se passe, je vais essayer d'expliquer le rôle des composants du secondaire de l'alimentation.
Pour mémoire, le secondaire est la partie basse tension de l'alimentation à droite du transfo sur le schéma (points de connexions de l'enroulement 7, 8, 9 et 10).
Le primaire est la partie tension secteur à gauche (enroulement 1 et 3), un autre enroulement, points 4 et 5 est relié au primaire et donc au secteur et alimente le circuit U1.

Vous ne devez pas modifier ni toucher à tout ce qui est raccordé au secteur !!!!

Dans les grandes lignes, une alimentation est composée d'un primaire et d'un secondaire, le tout séparé par un transformateur. Dans une alimentation à découpage on transforme le secteur 50 HZ en une tension d'une fréquence d'environ 50 à 100 Khz. Cette fréquence élevée permet d'utiliser un transformateur beaucoup plus petit,léger et moins cher à fabriquer qu'un transformateur classique fonctionnant sur 50 Hz. Le rendement globale (80 à 90 % en moyenne) de l'alimentation est également meilleur et permet de générer une forte puissance avec de faibles pertes.

Le primaire relié au secteur est composé par un filtre secteur C1 et L1.
C1 est un condensateur spécifique de type X1 ou X2, si ce condensateur explose, ce qui est très souvent le cas dans les vieilles alimentations il faut le remplacer IMPERATIVEMENT par un condensateur de même type, on peut le supprimer sans gêner le fonctionnement mais l'alimentation devient bruyante d'un point de vue électronique et peut perturber une chaine hifi ou des modules réseaux à courant porteur.
Juste après ce filtre, on va transformer la tension alternative du secteur en continu grâce au pont de diode BR1 et le gros condensateur C2, le 230v alternatif du secteur se transforme en tension continue d'environ 310V.
Après, on retrouve un petit ensemble C3, VR1, R1 et D1 chargé de protéger l'oscillateur de puissance U1.
Cet oscillateur est contrôlé par un optocoupleur U3 (PC817) qui surveille en permanence la basse tension du secondaire.

Le secondaire est totalement isolé du primaire, le petit condensateur C13 permet de court-circuiter des composantes HF, de neutraliser d'éventuels transferts parasites induits par la capacité parasite entre le primaire et le secondaire et de rendre l'alimentation moins bruyante.
ATTENTION ce condensateur spécifique est de type Y1 ou Y2 et ne doit être remplacé que par un condensateur de type identique.

Le redressement de la tension alternative du secondaire est confié à la double diode D4.
R3 et C5 permettent d'amortir les transitoires de commutations causés par la haute fréquence et ainsi de protéger la diode.
Cette diode est impérativement un modèle rapide qu'on appelle "Schottky", sa particularité est de pouvoir commuter très rapidement avec une très faible valeur de seuil, typiquement 0.2V à 0.3V.
Cette très faible valeur de seuil permet de limiter les pertes et de transmettre une plus grande quantité d'énergie avec un échauffement réduit.
Elle ne peut pas être remplacée par une diode classique de type 1N4001 par exemple qui a une tension de seuil d'environ 0.6V et une faible fréquence de commutation.

Le lissage de la tension est confié à C6,C7 L2 et C8, ces éléments forment un filtre en PI qui permet de délivrer une tension plus propre débarrassée d'éventuels parasites.
Les condensateurs C6,C7 et C8 sont la principale cause de panne des alimentations, ils doivent être systématiquement changés si leur partie supérieure est bombée ou si des traces de coulures sont visibles à la base.
Si c'est le cas Il faut également vérifier que la diode de redressement D4 soit en bon état à l'aide la fonction TEST DIODE d'un multimètre.

Maintenant on va se diriger vers la partie la plus intéressante, celle qui permet de régler et de surveiller la tension :D .

Ce qui nous intéresse est situé juste en dessous des résistances R49 et R6 jusqu'aux ronds bleu et jaune.

Le cœur du circuit de surveillance est le TL431, c'est un circuit intégré à 3 pattes, Réference, Anode (partie triangle) et Cathode. Dès que la tension sur la patte Référence atteint ou dépasse 2,5V le TL 431 va se mettre à conduire et se comporter comme une très faible résistance de moins de 0,5 ohms entre l'Anode et la Cathode.
En dessous de 2,5V sur la patte de Référence, le circuit ne fait rien et on observe une résistance infinie entre la Cathode et l'Anode.

Le principe de fonctionnement n'est pas très compliqué, le circuit U2 (TL431) surveille la tension par l'intermédiaire de R7 et R6, dès que la tension atteint ou dépasse 2,5V aux bornes de R7 le TL431 devient actif et passant, un courant va alors traverser la diode LED de l'optocoupleur et "l'allumer", le phototransistor qui est en face va à son tour devenir passant ce qui va commander l'oscillateur de puissance U1 pour lui dire de diminuer la puissance et en conséquence la tension au secondaire, celle ci va diminuer jusqu'à ce que la tension aux bornes de R7 passe en dessous de 2,5V.
Le TL 431 va alors passer au repos et la diode LED s'éteindre, le phototransistor passe également au repos et arrête de fournir du courant à U1 qui va interpréter cette absence ou forte diminution de courant comme l'ordre d'augmenter la puissance et de faire remonter la tension du secondaire.
La réalité est plus nuancée et l'interaction entre le primaire et le secondaire s'établit en permanence et le circuit trouve rapidement un équilibre.


La résistance R49 permet de limiter le courant maximum pouvant traverser la diode de U3 (PC817) et U2 (TIL431), ici, avec une tension de 5V auquel on retire la tension de seuil de la diode de U3 (~1.2V trouvé dans le datasheet du PC817) et celle du TL431, les datasheets ne sont pas clairs sur le sujet, cette tension serait 1,9V ça nous donne un courant maximum de 5-1,2-1,9 = 1,9V/47ohms= 40 ma.

La résistance R8 permet de bloquer la led de l'optocoupleur tant que le TL431 n'est pas franchement déclenché et de charger C11 à la valeur de la tension d'alimentation mais celle ci n'est pas toujours présente dans des circuits à configuration identique donc je ne suis pas certain de son utilité.

C11 permet d'éviter une montée et une variation trop brutale de la tension du secondaire.
Au démarrage, l'oscillateur de puissance U1 démarre et génère la tension et la fréquence qui vont bien, la tension au secondaire augmente.
C11 met environ 110 µs à se charger (T=RC) pendant ce temps un courant traverse la LED de l'optocoupleur et donc ordonne à U1 de diminuer la puissance.
Une fois le condensateur chargé c'est le TL431 qui prend le relais et joue son rôle. Quand il se déclenche sa résistance devient très faible et décharge C11, pendant cette décharge de l'ordre de quelques microsecondes il ne se passe rien et l'optocoupleur ne fonctionne pas, une fois cette décharge terminée, un courant traverse la LED de l’optocoupleur ce qui va faire diminuer la puissance et la tension fournie au secondaire.
En définitive C11 introduit une légère latence dans le fonctionnement et évite au circuit d'osciller trop rapidement autour du point d'équilibre.
Habituellement cette latence aussi appelée hystérésis est traitée directement par l'oscillateur de puissance donc ce condensateur est rarement présent dans les alimentations.

R14 et C10 forment un petit filtre antiparasite.

Maintenant on arrive aux 2 résistances qui déterminent la tension de sortie R6 et R7, la formule est Vo=2,5*(1+R6/R7).
Dans le schéma la tension de sortie est donc de 2,5*(1+10/10) --> 2,5*(1+1) = 5V Facile non !!!

Si on diminue R6 à 5 K ohms la tension de sortie devient donc 2,5*(1+ 5/10) --> 2,5*(1+0,5) = 3,75 V.

Inversement, si on augmente R6 à 20 K ohms la tension de sortie devient 2,5*(1+20/10) = 7,5 V

ATTENTION il est facile de diminuer la tension en diminuant R6 mais l'augmenter veut dire aussi qu'il faut changer les condensateurs de filtrage C6,C7 et C8 par des modèles supportant une tension plus élevée mais aussi augmenter légèrement R49 pour éviter qu'un trop fort courant grille l'opto et le TL431.

Un autre cas existe, la surveillance de plusieurs tensions par un unique TL431 le calcul des résistances est relativement simple mais je l'expliquerai un peu plus tard.
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Re: [Tuto] - Modification alimentation à découpage

Message non lupar Krapoutchik » 10 déc. 2015, 15:12

Petite précision pour le générateur de courant constant...
La formule un post plus haut parle de I = 1,25/R --> R= 1,25/I.
Le 1,25 est donné par le LM317 mais on peut on peut utiliser n'importe quel régulateur de tension de type 78xx (7805, 7808, 7812...) :clap: .
La formule permettant de connaitre la valeur de la résistance pour un courant donné devient alors...
genecourant78xx.png
genecourant78xx.png (13.61 Kio) Vu 5623 fois

La valeur du "bias current" est de 4 à 8 ma suivant la qualité du régulateur.

I= 5/R --> R= 5/I pour un 7805
I= 8/R --> R= 8/I pour un 7808
Etc...

La seule petite pétouille est que si l'on veut limiter le courant à 1A avec un 7805 par exemple, on va avoir besoin d'une résistance de 5 ohms, jusque là tout va bien :D, mais la puissance perdue dans la résistance augmente et passe à 5 watts, ça commence à faire beaucoup ::( .
Pire, pour un régulateur 7812, il faut une résistance de 12 ohms et là c'est 12 watts perdus. Le prix d'une telle résistance de puissance excède très largement le prix d'un LM317 + sa résistance ::twisted: .

PRECISION IMPORTANTE : La tension d'entrée doit toujours être de 2 à 3 V supérieure à la tension de sortie pour que le régulateur puisse fonctionner correctement.
Par exemple, avec un LM317, si l'on veut charger un accu de 12v il faut une tension d'entrée minimum de 14V.

Pour les séries 78xx.
tension_min_78xx.png
tension_min_78xx.png (9.27 Kio) Vu 5620 fois
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