Alimentation DIY Sur Supercondensateurs Commutés

[etilocal]

Bonjour à tous !

Cette année je passe mon diplôme d'ingénieur en conception électronique et pour me permettre son obtention je dois réaliser un projet. Ayant eu la chance de pouvoir choisir mon sujet, je me suis naturellement penché vers une réalisation audio. Un brin d'innovation étant cependant de mise, j'ai vite mis de côté la partie amplification, car effectuer une avancée technologique dans celle-ci me semblait délicate.
Les supercondensateurs étant de plus en plus performant et de moins en moins chères, je me suis donc orienté vers leur utilisation dans le but d'alimenter des appareils audios.
Les supercondensateurs ont une plus grande densité de puissance que les batteries mais leur autonomie est moindre. Pour remplacer une batterie dans un préampli, j'ai donc pensé à une alimentation indépendante, composée de deux batteries de supercondensateurs, dont l'un serait entrain d'alimenter le préampli pendant que l'autre serait entrain de se charger sur le secteur, le tout en isolation galvanique permanente vis à vis du préampli. Le cahier des charges a donc été construit autour de cette problématique.

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"" Projet travail d'étude

 
Cahier des charges:
 
Il s'agira d'étudier et réaliser une alimentation en courant continu dont l'énergie sera fournie par des super condensateurs, dans le but d'alimenter un préamplificateur audio haut de gamme.
 
Cahier des charges:
 
·         Tension de service de sortie minimum de 11 volts, avec régulation limitant le maximum à 15 volts. Cette fourchette de tension définira le mode opératoire, sans nécessiter de communication avec le préamplificateur.
·         L'alimentation de sortie sera symétrique, donc avec 2 tensions, l'une négative et l'autre positive.
·         L'alimentation sera connectée au préampli par l'intermédiaire d'un connecteur Molex à 9 pôles.
·         L'alimentation interne des circuits sera réalisée au moyen d'une conversion AC/DC à découpage, avec PFC.
·         Le courant consommé maximum sera de 1000 mA pour chaque branche de l'alimentation.
·         Les sorties seront protégées contre les court-circuits pas des fusibles de 3.15 AT.
·         L'alimentation sera composée de 2 blocs, l'un se déchargeant pendant que l'autre se charge, assurant ainsi un fonctionnement permanent sur batteries. La durée de fonctionnement de chaque bloc sera d'environ 5 minutes afin de montrer la faisabilité du projet.
·         La commutation d'un bloc à l'autre devra s'effectuer de manière douce et sans "à coups" de tension, de même que sans jamais être connecté galvaniquement au réseau électrique lors de la commutation.
·         Le bruit de commutation ne devra pas être audible, selon des critères subjectifs.
·         Les dimensions extérieures du boîtier seront de (LxHxP) 440 x 160 x 335 mm.
·         Le coût de revient du projet ne devra pas dépasser les CHF 3,000.00

Fait à Lancy, le 1er décembre 2016.""

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Le schéma bloc ci-dessous explique le fonctionnement global du système souhaité :


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Le but du projet est donc de réaliser entièrement cette alimentation. Un PCB sera réaliser pour la partie de commande et de commutation, alors que les composants de l'alimentation seront choisis pour répondre au cahier des charges.

La commutation sera effectué par le biais d'un microcontrôleur.
Les supercapacités utilisées seront les 16V 58F de chez maxwell. http://www.maxwell.com/products/ultracap...ll-modules



Les Condensateurs seront chargés par une source de courant constant réalisée avec des NSIC2020BT3G, composants passif délivrant un courant constant dans une plage de tension.
La première échance tombe en janvier ou je dois réaliser une maquette du point sensible, c'est à dire une maquette fonctionnelle de la commutation qui sera réalisée à l'aide de transistor mosfet, travaillant en résistance contrôlée, permettant une commutation sans trop d'oscillations de courant.

Les premières simulations sur LTspice donnent un résultats satisfaisant et permettent de choisir les transistors, des  FDN86246.

[url=http://www.hostingpics.net]

Je vais donc essayer de poster ici l'avancement de mon projet jusqu'à sa réalisation finale et écouter attentivement vos remarques conseils et répondre à vos questions !

Merci d'avoir pris le temps de me lire !

[LittleScarabee]

Je vais suivre avec plaisir ton projet.....et me permettre de poser des questions si besoin.

[Chet]

Pas tout compris sur la façon de faire, mais je conçois la difficulté et surtout l'intérêt (ASR utilise un système de batteries pour la basse tension dans certaine version de l'Emitter).

Quelle serait l'autonomie avant chaque bascule... QUE les 5mn du Cahier des Charges, ou bien on est dans le cas des limites d'une maquette ?
Quelle usure des SuperCondos dans le temps ?

C'est sérieusement à suivre ce projet, merci de nous le faire partager.

[etilocal]

Merci pour vos réponses,

l'intérêt de remplacer les batteries par des supercondensateurs est surtout la durée de vie du système. Les supercondensateurs peuvent effectuer plusieurs millions de cycles contre quelques milliers pour les batteries. (ce que j'ai oublié de préciser).
Le dimensionnement me donne 7 minutes avec ces supercondensateurs. Désolé si ce n'est pas très clair, n'hésitez pas a poser des questions !

Pour la simulation j'ai aussi oublié de préciser que le graphique montre en rouge le courant dans le préampli, modélisé par une résistance et un condensateur de sorte à arriver à 1A de consommation et les deux autres courbes sont les tensions de commandes des transistors. La simulation ne montre que les états transitoires, lors des commutations d'une batterie à l'autre.

[AZP]

Beau projet !

Il va effectivement falloir soigner une "commutation douce" entre la batterie de condo qui est presque vide, et la nouvelle qui est pleine !
Avec des MOS bien pilotés cela devrait le faire !

Bon courage

[etilocal]

Merci !

En effet, ça à l'air de plutôt bien marcher, sur simulation en tout cas, j'ai cependant une petite baisse de courant, au moment où les deux transistor sont à VGs égaux.



Avec en bleu foncé et vert les tension de commande, en rouge le courant dans le préampli et en rose et bleu ciel, le courant dans de sortie de chacune des batteries de supercap.
[url=http://www.hostingpics.net][/url]

[Chet]

7mn... que faut il pour passer à au moins la durée d'une face de vinyl (20 mn) ?

[etilocal]

Il faudrait augmenter d'un facteur 3 la capacité totale. Le courant étant constant, le temps est proportionnel à la capacité totale des batteries. Le problème est que ces supercapacités sont chères et volumineuses... De plus l'optique du projet est d'effectuer une commutation rapide et inaudible pour qu'il n'y ai pas de contraintes au niveau de l'écoute.

[AZP]

Peu importe la durée si la commutation est sans bruit ! Et si le temps de recharge d'une supercap est < au temps de décharge de l'autre, cela sera 100% transparent !

A mon avis, ta baisse de courant sur Vgs égaux est due au fait que la supercap "pleine" doit, en plus d'alimenter le préamp, essayer de "recharger" celle qui est vide, non ?

[etilocal]

Exactement !

Je ne pense pas car j'ai mis des diodes en sortie des supercaps pour empêcher le court circuit lors de la commutation. A voir si cette baisse de courant de 30 mA pose problème ou pas...