Passez aux batteries !

[Jacques92]

Tout est dans le titre...

Il s'agit donc de développer un module de gestion de batterie pour alimenter tout appareil de faible puissance nécessitant une ou plusieurs tensions DC : préampli, DAC, Streamer.

Là on parle de batteries AGM, les moins cheres, les plus grosses certes , les plus répandues mais surtout les plus sécuritaires. Par exemple, avec des batteries Lithium-Ion, une erreur dans la charge et ça peut être le drame. Rien de tout ça avec les batteries AGM, elle sont hyper tolérantes.

Les batteries AGM c'est sympa, mais faut savoir les utiliser parce qu'elles n'ont pas que des qualités.

1/ Le niveau de bruit électronique est élevé : il faut nettoyer ça à la sortie
2/ Elles n'aiment pas les courant alternatifs : il ne faut bas brancher une charge qui consomment dans ce mode en direct. Il faut tamponner
3/ En DC, l'impédance de sortie est ultra faible, mais en dynamique c'est pas le Top. Là aussi, il faut tamponner.

Ce qu'on attend d'un système sur batterie en Audio, ce que nos précieux circuits analogiques ne soient jamais en contact avec le secteur. Hors, il faut bien recharger les batteries avec un circuit de recharge alimenté sur le secteur. Il faut donc commuter les batteries alternativement sur le circuit de charge ou le circuit audio avec une isolation totale (galvanique) entre les deux mondes. Il faut aussi un détecteur de décharge dans le circuit d'utilisation (circuit audio)  pour déclencher la commutation en mode recharge, celui ci étant côté secteur : là encore il faut une coupure d'isolation galvanique quelque part.

Bref, rien n'est simple.

Les caractéristiques de la solution que je voudrais mettre en œuvre :

• deux batteries pour un rail d'alimentation Audio, pour un fonctionnement 24/24 : quand une batterie est en recharge l'autre alimente le circuit audio. Quand la batterie alimentant le circuit audio est déchargée, on commute entre les deux.
  
• un circuit de recharge par rail d'alimentation audio
  
• un circuit d'alimentation entre la batterie en cours de décharge et le circuit audio (pour les raisons que j'ai évoqué). Globalement, la batterie remplace unique le transfo et le redressement d'une alimentation classique
  
• un mode arrêt les batteries commutent régulièrement sur le circuit de recharge sans qu'aucune ne soit déchargée (appareil éteint)
  
• Des LED de visualisation pour voir quelle batterie est en charge et quelle batterie alimente l'audio
  
• un circuit de surveillance de la décharge des batterie spar mesure de la tension de sortie
  
• un circuit de déparasite de la batterie en fonctionnement
  
• un circuit M/A
  
• Courant de sortie pour l'audio 1 à 2A : pas penser pour alimenter un ampli de puissance.
  

On commence à réfléchir au schéma électronique

[Nard]

Hello,

Jacques is back ! Ça fait plaise

Comment comptes-tu commuter les batteries, relais, transistors ? Si transistors, n'y a-t-il pas un risque de fuite du courant de charge qui viendrait polluer le dispositif alimenté, alors que celui-ci devrait normalement être totalement isolé ?

[Jacques92]

Hello Nard !

Pour la commutation je vais utiliser des relais.
Pour l'isolation du circuit de surveillance du circuit de recharge : optocouleur ou relais solid state
Pour les transistors : tu as raison, cela ne constitue aucunement une isolation galvanique. Les masses ne doivent pas être en contact.
Ah, aussi : pas de circuit numérique en commutation rapide dans le montage quand l'audio est en fonctionnement.

[Nard]

Ok, alors ça sera parfait, comme d'habitude  
Hâte de voir ça...

[KIKIWILLYBEE]

Bonsoir ,

Koukou Jacques , Mon 8W. , et mon pré-pré MC .transistors . sont sur batteries… ; Pour le pré-pré  (Hiraga II Autographe) par exemple : mon mode charge est ‘off line’  : un  modeste circuit à base d’Aop., en plus 
Plus d’un galvanomètre rétro. à aiguille testent la tension , en cas de. sous tension , une. diode passe au rouge .., la charge peut s’effectuer après déconnexion du circuit d’amplification : trois positions ( test, charge , on  ) ; ...( cela est un peu loin dans ma petite mémoire ; mais si tu le souhaites je peut me mettre à chercher mes drafts  ) … Dans les deux cas batteries Moto plomb. , et une énorme quantité de capa en électrochimiques , découplées polypro ,  Pio.  , Cts13 , Tantale et Super Capa …: et  la ‘petite coquetterie ‘ barre de masse en Cu . Massif ;-)…..
De nos jours on dispose même de 3 ooo  F. (Ultra-Capacitors.); par curiosité, stp , je t’invites trés courtoisement à consulter ce que propose IAN Canada , avec un Quad de 3 ooo  F  en 3.3. VDC. 5.o VDC. , des tensions certes pour le numérique mais aussi 15  VDC ., par exemple pour un étage tampon  , le tout avec des ESR à 1o-4 Ohms , mais aussi des alimentations batteries .., de quoi prendre de bonnes idées .., dans la gestion on/off’par ic et relais photo , 185o , …etc
https://iancanada.ca/collectjions/psu
Des super capas :
https://fr.aliexpress.com/item/100500232...pt=glo2fra
https://fr.aliexpress.com/item/100500694...pt=glo2fra
https://fr.aliexpress.com/item/100500694...pt=glo2fra
https://fr.aliexpress.com/item/100500507...pt=glo2fra
…
Par exemple,

Et toujours, encore mes félicitations pour ton travail , tes projets …
Bien à toi,
Bon Week-end,
Cordialement,
W ;-).b

[Jacques92]

Bonsoir Kikiwillybee,
J'ai beaucoup joué avec les batterie à une époque. J'utilisais le système que tu décris : recharge quand appareil off. Je tenais 3H sur un 8W classe A dont la conception était entièrement guidée par l'utilisation de batteries. Utilisé aussi sur divers amplis casque. Le problème c'était justement qu'il fallait arrêter au bout d'un certain temps. Pour un préampli ou un DAC, on a tout intérêt à garder le circuit toujours sous tension. Avec le système de recharge en Off ce n'est pas possible, d'où cette proposition de DIY qui permet un fonctionnement sur batteries 24/24. Il faut juste dimensionner les batteries en conséquence : je pense qu'il faut viser les AH à 4 fois le courant moyen consommé en décharge. Par exemple, si le circuit consomme 200mA, choisir une batterie de 0.8AH minimum. Les plus petites font déjà 1.2AH.

[Jacques92]

Bonjour à tous

Ca avance du côté de la conception. Là j'en suis aux schémas...

Il est prévu deux cartes :
 - une carte principale
 - une carte module permettant de géré un rail d'alimentation audio.

Pour chaque intégration (produit fini), on utilisera une carte principale et un à 4 modules de gestions en fonction du nombre de rails que l'on souhaite.
Par exemple, pour fournir une alimentation symétrique, on aura la carte principale, deux modules de gestion, 4 batteries.

1/ La carte principale :

Elle fournit les alimentations nécessaires à chaque module. Du 16V pour les circuits de recharge de batterie et du 12V pour la logique de fonctionnement.
Elle fournit aussi la gestion du bouton marche / arrêt et un ensemble de signaux périodiques permettant d'orchestrer le fonctionnement : un signal digital périodique à 4s et un à 2048s.

Le schéma :




2/ la carte "module de gestion"

Un module gère deux batteries, selon plusieurs modes :
 - Mode arrêt : on recharge les deux batteries, alternativement avec une commutation toutes les 2048s
 - Mode marche : on recharge une batterie pendant que l'autre alimente les circuits audio. Quant cette dernière est déchargée, elle est commutée sur le circuit de recharge et l'autre prend le relais pour l'audio.

Le module embarque un circuit de recharge, la logique de commutation, le circuit d'alimentation de l'audio, la détection de niveau faible de la batterie en cours d'utilisation.

Les commutations ne peuvent se faire qu'une fois par tranche de 4 secondes. Ca laisse du temps après après une commutation de batteries à l'alimentation audio pour se stabiliser sans déclencher une commutation.

Du côté isolation : le circuit de recharge est alimenté via le 16VDC par la carte principale et  Le circuit de commutation est alimenté en 12V par la carte principale, les deux depuis le secteur. Le circuit audio est sur batterie complètement isolé des circuits sur secteur (Masse comprise). Le circuit audio est isolé du circuit de recharge via des relais qui commute le  + et le - de chaque batterie. Le circuit de détection de niveau faible est alimenté du coté audio. Mais il échange une information "batt-faible" avec le circuit de commutation alimenté sur secteur. Cette information "batt-faible" est transmise via un optocoupleur ; l'isolation est donc maintenue.

Le schéma du module :




Il reste encore quelques résistances à calculer plus précieusement.

Quelques infos sur le circuit de charge : il fonctionne en automatique selon deux modes : un mode à courant constant sur le début de la recharge puis un mode floating pour l'entretien. On commence toujours par le premier mode. le circuit de recharge fournie une tension mais la limitation de courant est active : la tension au borne de la batterie monte progressivement. A un moment le courant demandé par la batterie passe sous la limite (0.25 fois la capacité de la batterie), la limitation de courant débraye et le régulateur fournit alors la tension de floating : 13.65V.

Quelques infos sur le circuit de détection de décharge : il est basé sur un comparateur analogique qui compare une fraction de la tension de batterie à une référence de 2.5V. Si la tension de 2.5 dépasse cette fraction mesurée, le comparateur commute et via l'optocoupleur, l'info digitale "batt-faible" est envoyé à la logique de commutation. le circuit de détection consomme 2mA.

Quelques infos sur le circuit d'alimentation audio : c'est un gros filtre CLC dont le but est de nettoyer le bruit de fond la batterie d'abaisser l'impédance de sortie (celui des batterie reste plus que mauvais en alternatif : 0.3 ohm à 1KHz, ce qui est très mauvais contrairement à ce qu'on lit ici ou là). Il permet aussi de réduire le courant alternatif demandé à la batterie (qui n'aime pas du tout ça). Enfin, il faut stockage d'énergie ce qui évite qu'il y ait une microcoupure du circuit audio pendant une commutation.
Parfois, on voudra avoir deux rails pour avoir une alimentation symétrique. Sur le module on pourra placer l'inductance du réseau CLC dans le rail + ou le rail - de la batterie. Par exemple, pour une alimentation +/-12V d'un circuit d'amplification, on mettra l'induction sur le rail + de la première batterie, le rail - de la première batterie et le rail - de la seconde batterie reliés ensemble sans inductance, et une inductance dans le rail - de la seconde batterie. Là où il n'y aura pas d'inductance, on mettra une résistance zéro-ohm ou un simple shunte.

Prochaine étape : les PCB !

[thierry h]

miam miam

[rastabill]

C'est un plaisir de lire les élucubrations de maître Jacques... J'ai l'impression de tout comprendre alors qu'en réalité...... 

Merci pour le partage d'un professionnel de la création. 

[Jacques92]

(10-30-2024, 10:09 PM)rastabill a écrit : J'ai l'impression de tout comprendre alors qu'en réalité...... 

Hello !
C'est le meilleur compliment que tu puisses me faire.
A+