Projet Conditionneur secteur DIY

[Jacques92]

Bonjour,

Ca fait longtemps que je ne me suis pas lancé dans un projet présenté ici. Il y en a un qui j'ai en tête depuis longtemps, c'est un conditionneur DIY.
Alors voilà l'idée : il s'agit de réaliser un conditionneur de secteur capable d'alimenter tout le petit monde d'une chaine HIFI. Globalement, il y a deux grande solutions :

• corriger la tension secteur pour obtenir une forme d'onde proche de la norme (sinus 50Hz). Pour cela on ajoute à la tension d'entrée du conditionneur une correction dans une plage plus ou moins large ;
  
• synthétiser complètement la tension secteur. Pour cela on part généralement d'une source d'énergie et on amplifie un signal de référence en tension et courant.
  

Je vais partir sur la seconde parce qu'on peut faire plein de trucs sympas qu'on ne peut pas faire avec la première solution, ce qui permet d'expérimenter :

• générer une onde standard : 50Hz sinus ;
  
• générer une onde qui augmenterait l'angle de conduction des alims de nos électroniques et diminuera les pics de courant redressés : une onde avec de l'harmonique 3 par exemple ;
  
• générer une onde qui diminuerait l'ondulation en sortie des alims de nos électroniques : une onde avec un fréquence de supérieure à 50Hz par exemple;
  
• générer un réplicat du signal musical : non je plaisante (j'y ai pensé un moment) !
  

Le problème technique ici c'est le rendement de l'électronique de synthèse. Il faut un ampli. un classe D ? C'est OK question rendement mais ça balance de la HF. Un classe B ? pourquoi pas, mais rendement inférieur. Un classe B avec une forme d'onde en sortie qui privilégierait le rendement ? A voir...

Autre point, la terre présentée à la sortie. Là aucune hésitation, certainement pas ce que nous propose nos prises électriques. Ce sera symétrisé , donc ampli générateur sortant en symétrique phase et neutre par rapport à la terre.

Séparation des canaux : un générateur pour tout le monde, un générateur par sortie ? une générateur avec sa propre forme d'onde pour chaque sortie (belle soirée d'optimisation de la chaine en perspective) ?


Coté puissance fournie : 500W ? 1KW ? plus ? faut voir les limite d'implémentation et mes besoins

Voilà ou j'en suis. Beaucoup de questions, peu de choix tranchés mais va falloir décider.

Bonne soirée.
Jacques

[LittleScarabee]

Je m'abonne à ton sujet car il est très intéressant...

Au plaisir de lire l'avancement de ton projet

[Jacques92]

Bonjour,

La suite des réflexions. Pour une premier modèle on va s'occuper de ma chaine au salon.
En chiffre ca donne ça :




En ce qui concerne la conception globale je vais vraisemblablement partir sur ça :



On prévoit un module de génération d'une forme d'onde secteur paramétrable. En standard ce sera sinus 50Hz.
Ce générateur attaque des modules de puissance de génération secteur alimentée en +/-170V. Ces modules sont des amplificateurs différentiels sortant en différentiel (symétrisation du secteur). Le but c'est de bien séparer les équipements entre eux tout en évitant les filtres secteurs à chaque sortie du conditionneur, d'où un module de puissance dédié à chaque prise. La terre sera commune à toute les prises de sortie. Ce sont les modules de puissance qui vont faire la séparation du secteur entre les équipement. La seule impédance commune aux différentes sorties sera l'alim +/- 170V.
Chaque module de puissance sortira la phase et le neutre en symétrique par rapport à la masse interne qui sera reliée à la terre.

Je commence l'étude d'un module de puissance et de générateur de forme d'onde.

[Jacques92]

Ci dessous un premier schéma de générateur de puissance constitué d'un ampli différentiel. C'est juste un proof of concept pour voir ce qu'on peut espérer en classe B. Le générateur est attaqué par le signal sinus de 10V / 50Hz. Ca sort 325V en symétrique par rapport à la terre. La charge consomme 300W.



Les résultats sont dans les courbes ci-dessous.

• courbes du haut : signaux de sortie
  
• courbes du milieu : consommation de 300W et dissipation interne 85W
  
• courbes du bas : fonctionnement en classe B des transistors de sortie.
  

La disto est inférieure à 1%.

Au niveau du rendement c'est pas si mal du tout. La classe B fera beaucoup moins de HF que la classe D au prix de 85W de dissipation pour 300W consommé, ca reste encore acceptable pour un petit système.

C'est juste un schéma validant le concept. Il faut faire un vrai schéma maintenant, c'est à dire un schéma avec garantie de la symétrie Phase / neutre en condition de fonctionnement et avec un vrai contrôle du bias pour un fonctionnement en classe B.

[chakiwi]

Me suis abonné aussi je suis curieux du résultat final sur la qualité de ton installation.
Par contre je reproduirai pas car mes amplis sont vraiment trop gourmands mais peut être pour les sources. Beau projet.

[Nard]

Bonjours Jacques, est-ce que ça va rester stable malgré les fortes variations d'impédance de la charge, pour l'ampli de puissance ?

[Jacques92]

Bonjour,
La stabilité c'est un point important, à prendre en compte dans la conception d'un schéma définitif.
Sinon 85W ça peut paraitre élevé mais il faut prendre en compte un phénomène qui joue en la faveur d'une dissipation maitrisée. Dans une alim linéaire, les pics de courant consommés correspondent au moment où la tension secteur est élevée et au moment où la dissipation des transistors du générateur sont minimales. Un petite simulation devrait démontrer ça (j'ai pas encore vérifié). Aussi, 300W c'est avec une grosse marge. Ma conso sera plus dans les 180W. Et si on branchait un ampli en classe AB sur le générateur ca serait beaucoup moins sur une durée moyenne. Pour mon ampli ce sera plus dans les 40W de dissipation en continue (c'est un classe A). Pour des très grosses puissance, OK, un géné en classe B c'est mort.

[Jacques92]

Petite simulation dans laquelle j'ai remplacé une charge résistive par l'alimentation 160V de mon ampli DIY. L'alim produit une puissance de 85W. Il y en a une par canal dans l'ampli. La conso est constante (ampli classe A).



Les éléments mesurés :

• Courbe du haut : tension en sortie du générateur (entrée alim)
  
• Courbe en dessous : courant dans les transistors qui pilotent la phase. Les pics sont calés sur les plages de Vec/Vce faibles ==> dissipation P=U.I faible du fait de U faible.
  
• Courbe du dessous : puissance dissipée par le transistor X2
  
• Courbes du bas : puissance moyenne fournie par l'alim de l'ampli et puissance moyenne dissipée par le générateur : 85W et 13W soit seulement 15% !
  

Avec mes deux canaux d'ampli je vais dissiper 26W en continu dans le générateur secteur. Avec 300W je serai à 45W de dissipation.

Prochains tests : essai d'autres formes d'onde secteur (forme, fréquence).

[Jacques92]

Bonjour,

J'ai étudié au simulateurs les effets de diverses modifications de la forme d'onde du secteur et de sa fréquence sur une alimentation linéaire (en l’occurrence toujours celle de mon ampli).
Le but était de voir s'il y avait moyen de réduire les pics de courant dans les alims et de réduire l'ondulation sur les condensateur tout en contrôlant qu'on ne dégrade pas le rendement d'un générateur de tension secteur en classe B.
J'avoue que je focalise pas pour l'instant sur des alimentations à découpage...

Je trouve les résultats plus qu'intéressants. Ca m'incite à continuer ce projet qui se révèle assez passionnant.

Pour la tension secteur, j'ai joué sur deux paramètres :

• la fréquence : espérant ainsi diminuer l'ondulation dans l'alimentation connectée (puisque la période de décharge des condensateurs diminue d'autant) ;
  
• l'harmonique H3 : pour élargir la partie de la forme d'onde correspondant au temps de recharge; diminuant d'autant la valeur du pic de courant de recharge.
  

Je vous présente d'abord une synthèse des résultats puis les relevés de chaque forme d'onde au simulateur.
La synthèse est dans ce tableau juste en dessous. C5 est le condensateur "de tête" de mon alim et C6 est le condensateur qui suit après filtrage par self.



L'augmentation de la fréquence du secteur permet de diminuer l'ondulation dans des proportions très importantes, surtout si on a un filtrage de type RCRC ou CLC ou RCLC.
L'ajout de l'harmonique H3 permet de diminuer sensiblement les pic de courant. (L'alim de mon ampli est déjà équipée d'un dispositif permettant de limiter les pics. Avec une alim "audiophile" ca doit être encore plus sensible).
La combinaison des deux permet de gagner sur tous les paramètres étudiés.
Il y a peut-être des inconvénients aussi, j'en ai pas fait le tour encore, il faut voir à l'écoute le bilan des avantages et inconvénients.

A venir : les relevés de simulation.

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Les simulations...Tous les graphiques sont avec les même échelles pour faciliter la comparaison visuelle

1/ Tension secteur = pure Sinus 50Hz, 325V crète (le standard EDF)



2/ Tension secteur à fréquence double = pure Sinus 100Hz, 325V crète



3/ Tension secteur à fréquence quadruple = pure Sinus 200Hz, 325V crète



4/ Tension secteur avec H3 à 4% = Sinus+ 4% H3, 50Hz, 325V crète



4/ Tension secteur avec H3 à 8% = Sinus+ 8% H3, 50Hz, 325V crète



4/ Tension secteur avec H3 à 12% = Sinus+ 12% H3, 50Hz, 325V crète



4/ Combinaison H3 à 12% + quadruple de fréquence = Sinus+ 12% H3, 200Hz, 325V crète

[Nard]

Bingo ! Mais pourquoi la tension sur le graphique d'ondulation est-elle autour de 165v sur les premiers schémas et de 170v sur les derniers ?

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Influence de la fréquence sur la self, je suppose