En attendant de pièces commandées chez Aliexpress pour finaliser le prototype de conversion résonante, je continue à mettre en place les différents modules du montage de la batterie LiPo 3S qui sert pour générer la tension de 9V pour les filaments (partie A) et la HT de 90V pour le circuit de l’anode (partie B).
Le module de conversion résonante est connecté à la batterie LiPo 3S de 11.1V. En opération il consomme 350-400mA et pour préserver la batterie il faudrait l’alimenter seulement quand le poste est allumé et le circuit de filaments consomme. Pour cela il faut mettre en place un système de détection de courant (current sensing en anglais). Pour différentes raisons j’ai convergé vers le dispositif ci-dessous simulé sous Falstad (ici).
En entrée nous trouvons la batterie LiPo 3S à une tension nominale de 11.1V. Deux sorties sont présentes, (A) pour alimenter les filaments et (B) pour alimenter le convertisseur resonant qui génère la HT de 90V.
La sortie A vers les filaments est fournie à travers 3 diodes 1N400x. Quand les filaments tirent du courant la tension de 11.1V de la batterie subit une baisse d’environ 2.1V (trois diodes 3x0.7V) pour une sortie A à 9V. La sortie B vers le module de conversion résonante passe à travers le commutateur d’un relais Reed de la marque CELDUC le D31A5100 (datasheet également ici). La baisse de tension met également le transistor PNP bipolaire en conduction et le relais Reed ferme. Avec ce relais on peut commuter au maximum 500mA. Ceci est suffisant pour l’application présente car le module de conversion consomme environ 350mA pour sortir 110V à 25mA.
NB : le dispositif RC sur la bobine du relais Reed une fois le contact fermé permet de réduire le courant de maintien (le condensateur en se chargeant est un court circuit, ensuite le courant passe par la résistance).
J’ai aussi envisagé une modification pour un deuxième circuit pour commuter un courant plus élevé au delà de la limite de 500mA du relais CELDUC.
Dans ce schéma, également simulé sous Falstad, le relais en fermant met en conduction un Mosfet à canal P (IRF4905) pour connecter la tension de la batterie à la sortie B qui va vers le module de conversion résonante.
Il est nécessaire d’utiliser un Mosfet à canal P pour pouvoir commuter la charge par son côté positif puisque celle-ci est normalement connectée au châssis du poste radio.
Demain je mettrais les photos de l’assemblage complet de la batterie LiPo dont ce module fait partie.
Cordialement,
aK
PS : J’ai pu recenser sur internet quelques solutions qui m’ont servi comme référence et qui pourraient être utiles dans d’autres cas.
Et en mettant simplement la base de Q3, via R4, après l’interrupteur, sur la charge 1 ? J’ai loupé un truc ?
On supprime R2, R1, Q2 et D2 (on rétablit la connexion).
Attention quand-même, il faut limiter la tension Vgs sur Q1, donc ajouter une résistance plus une zéner (même pb sur le schéma c-dessus). Q3 doit aussi tenir la tension, le BC547 ne convient pas.
Si j’ai bien compris il faut détecter la consommation du chauffage au niveau de la batterie et démarrer la production de HT à ce moment là. Sur le schéma l’inter n’est donc là que pour la simulation.
Beaucoup de choix ont été contraints par la disponibilité des pièces car j’ai voulu utiliser au maximum ce que j’ai sous la main et acheter des choses seulement si je n’avais pas le choix. Donc les cellules LiPo viennent d’une batterie d’ordinateur et en guise de boîtier une petite boîte en carton qui avait la bonne taille (12 x 8 x 3 cm) et semblait assez costaud.
Le montage consiste des éléments suivants:
Batterie de trois cellules LiPo en configuration 3S d’une capacité de 3800 mAh.
suite à une longue pause à cause des obligations par ailleurs je reviens sur ce fil pour donner quelques nouvelles sur l’évolution du projet de conversion résonante.
Depuis les dernières informations partagées le dispositif a été modifié pour ajouter un transformateur 1:1 d’isolement reliant l’inverseur au multiplicateur de tension. Cette modification est nécessaire pour isoler la tension AC du châssis du poste radio lors d’une éventuelle utilisation dans un poste TSF portatif ou les poles négatifs des deux batteries BT, HT sont reliés au chassis.
Sur cette photo on peut voir le dispositif de test.
J’ai utilisé une seule batterie au lithium en configuration 3S pour alimenter une resistance simulant les filaments à 9V, et à 11.1V le prototype du convertisseur resonant qui génère la tension de 95V pour alimenter une resistance simulant le circuit HT. A noter que la sortie de 11.1V n’est disponible que seulement si la sortie de 9V est sous charge. Le prototype du convertisseur resonant consiste d’un inverseur ZVS connecté à un multiplicateur de tension (4x de type Latour à alternance complète) à travers d’un transformateur 1:1 d’isolement, le tout suivi d’un multiplicateur de capacitance à base de Mosfet pour baisser, et lisser la tension de sortie (un article sur la théorie derriere ce dispositif). L’utilisation d’un TinySA avec son antenne à proximité des éléments résonants et des éléments en commutation permet de visualiser le niveau des bruits dans les gammes OC (2 to 25 MHz). Sur la photo on peut aisément constater le très faible niveau de bruit.
Sur les photos suivantes on peut voir les mesures faites pour valider le fonctionnement et les performances du dispositif.
A gauche on peut voir la tension AC générée par l’auto-oscillation du circuit ZVS à 25 kHz et constater l’absence des résonances au moments de transition. A droite on peut également voir la tension DC générée et l’ondulation résiduelle (ripple) à 50 kHz avant et après réduction et lissage. On passe de 110V avec une ondulation de 3.8 Vpp à 95V avec une ondulation résiduelle de 0.2 Vpp.
Avec une sonde en boucle improvisée (quelques infos ici et ici) on peut visualiser les effets de rayonnement en champ proche (100mVpp). Avec la sonde en contacte du circuit oscillant on peut voir le rayonnement de la tension sinusoïdale à 25 kHz assortie des bruits de commutation aux moments de transition.
Je n’ai pas poussé les mesures plus loin car les caractéristiques électromagnétiques vont certainement changer sur une réalisation en PCB et du coup ces mesures ne sont qu’une indication des résultats qu’on peut attendre. Du coup sur la base de ces résultats encourageants et avec l’aide de Gemini je me suis lancé dans l’apprentissage de Kicad pour la conception et la fabrication d’un PCB par JLCPCB. Experience très amusante…
La commande des PCB à JLCPCB est partie la semaine dernière et je les attends sous peu (avec beaucoup d’impatience ). Le PCB est double face avec une face entièrement en CMS à assembler à l’usine et l’autre face avec des composants traversants que je vais souder moi-meme à la reception. C’est également un PCB à deux couches avec une couche entièrement configurée comme plan de masse qu’il servira comme écran de blindage gratuit (du moins j’espère).
Si tout va bien il sera possible de valider le fonctionnement « silencieux » du dispositif proposé et conclure ce projet.
Ce transformateur doit être spécifiquement fabriqué pour satisfaire aux exigences fonctionnelles. Il faut notamment une faible inductance de fuite pour presenter une basse impédance (à la fréquence de fonctionnement) et ainsi minimiser la distortion non-linéaire au secondaire du transformateur par le multiplicateur de tension qui effectue le redressement (visible à droite sur la photo).
Cette distortion est connue comme flat topping en anglais et elle se manifeste par le sinus au primaire s’aplatissant vers une forme plus rectangulaire au secondaire. Ceci génère des harmoniques et des oscillations parasites (ringing) et donc nécessite de dispositifs spécifiques pour y remédier. C’est un sujet très intéressant.
Pour mes expériences je me suis procuré des noyaux en ferrite et du fil émaillé de 0.5mm chez Aliexpress pour le fabriquer moi même. Pour le calculs j’ai utilisé la calculette proposé par Encyclopedia Magnetica un site vraiment exceptionnel fait par des experts en la matière. Un LCR-metre est très utile pour mener à bien ce processus et valider le résultat final.
Enfin si on veut utiliser comme transformateur d’isolement un choc en mode commun du commerce qui present une impedance plus élevée, nous devons ajouter un amortisseur RC (RC snubber) au secondaire pour filtrer les harmoniques et réduire les oscillations parasites (ringing) introduits par par la charge non-linéaire présenté au secondaire. Donc plus de pertes et de la distortion harmonique résiduelle qui peut être rédhibitoire. J’ai très brièvement contemplé cette option que j’ai abandonné pour me concentre à la fabrication du petit transformateur sur mesure visible sur la photo.
je viens de recevoir les PCBs commandés à JLCPCB. Le service et la qualité sont sans reproche. Voici comment le PCB se présente recto à gauche, verso à droite.
Il s’agit d’un PCB 80mm x 42mm double face avec des composants CMS sur une face et les composants traversants sur l’autre face. Pour optimiser le coût j’ai commandé un PCB assemblé seulement de la face CMS dans l’optique d’utiliser des composants traversants que j’avais en stock (MOSFETs, chocs, potentiomètres etc). A noter que toutes les éléments qui nécessitent des calculs pour determiner leurs valeurs afin de faire fonctionner le circuit correctement sont des composants traversants.
Voici le PCB monté (recto à gauche, verso à droite) prêt pour les tests.
Sur le tinysa on peut observer l’absence totale de bruit de commutation en ondes courtes.
Une capture des signaux en champ proche montre une belle sinusoïde à la fréquence d’oscillation de 29.8 kHz dont le niveau est très faible (50mVpp) avec la sonde presque en contact au PCB. Son niveau est quasiment zero au delà de 3 cm.
Pour une tension d’entrée V_in = 11.1V fournie par une alimentation de labo ou une batterie LiPo 3S le courant tiré est I_in = 0.382A. La sortie sous une charge de R_load = 3.4 KOhm est de V_out = 107.3V avant reduction et lissage et V_out = 90V après (le réglage de la réduction est fait à l’aide du potentiomètre prévu à cet effet).
On peut calculer l’efficacité du circuit par la formule n = ((V_out² / R_load) / (V_in * I_in))*100%. Cela donne n = 80% avant reduction/lissage et n = 56% après.
L’ondulation résiduelle à la sortie se caractérise par le facteur d’ondulation\gamma = Vac_rms / Vdc_avg * 100%. Visuellement la situation se présente ainsi :
Pour les sondes d’oscilloscope en couplage AC on peut isoler l’ondulation résiduelle avant (trace verte) et après (trace jaune) reduction de la tension et lissage. Sur la photo de gauche les échelles sont différentes et sur celle de droite elles sont le mêmes.
Avec les valeurs de tension ca efficace et tension dc moyenne que nous avons mesuré avec un multimètre de précision on a calculé \gamma = (0.793 / 107.3) *100% = 0.75% avant reduction et lissage et \gamma = (0.0355 / 90) * 100% = 0.04% après.
Concernant les interférences du circuit en champ proche, avec une sonde presque en contact au PCB (photo de gauche) nous avons observé à l’oscilloscope (trace bleue sur la photo de droite) l’endroit ou les emissions EM sont les plus fortes et nous avons calculé la FFT du signal capté à cet endroit (trace grise).
Il n’y a que la fréquence de fonctionnement avec ses harmoniques impairs. Dans la gamme GO la 5eme harmonique aux environs de 150 kHz est à -50 db avec la sonde presque au contact du PCB. A 3 cm du PCB elle est au niveau de bruit thermique. Quant à la bande OM qui commence à 300 kHz alors au delà de la 10-ème harmonique de la fondamentale on est à -65dB avec la sonde au contact du PCB et bien au niveau du bruit thermique avec la sonde à 3cm du PCB.
Avec un analyseur de spectre TinySA l’absence d’interference due au bruit de commutation a été vérifié sur les bandes OC (2 à 25 MHz).
En conclusion les résultats avec le PCB sont bien meilleurs qu’avec le prototype éclaté et montrent qu’il est possible d’intégrer ce module dans un poste de radio TSF sans blindage du tout. Un blindage basique reste toujours possible et facile. Enfin, le faible encombrement de 80 x 42 x 20 mm permet un déploiement très compact.
Bonjour,
Possèdant plusieurs postes batteries des années 50~60, je suis votre fil avec grand intérêt.
En effet, les essais que j’ai fait avec des convertisseurs divers font que l’écoute en AM est quasi impossible.
Aussi, je serai preneur d’un dossier complet avec les fichiers Gerber pour la fabrication d’un PCB pour réaliser votre convertisseur pour mes postes.
D’avance merci pour votre aide.
Cordialement.
bonjour et merci pour votre interet.
je suis en train de faire une nouvelle version avec qqs modifications mineures. dés que le design sera définitif et validé je mettrai à disposition quelques modules pour tester.
Puisque tu vas refaire un PCB, tu peux prévoir 4 perçages au niveau du tore. De manière à pouvoir y passer des petits colliers Colson pour fixer cette self.
c’est une tres bonne suggestion. je regarderai ça.
pour l’instant je fixe ce transformateur (ce n’est pas une self) avec de la colle chaude etant donné qu’il ne chauffe pas du tout.
Doctsf (Modèles & Marques)
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). Le PCB est double face avec une face entièrement en CMS à assembler à l’usine et l’autre face avec des composants traversants que je vais souder moi-meme à la reception. C’est également un PCB à deux couches avec une couche entièrement configurée comme plan de masse qu’il servira comme écran de blindage gratuit (du moins j’espère).
