Dans la famille récup, Treblig demande...

[Eric]

Hello Treblig,

Un pont de diode 7A ou plus + condensateur chimique devrait faire l'affaire.

Mon petit bréviaire d'électrotechnique me dit que :

C (µF) = k * I (mA) / Ub (V)
k dépend du montage. Pour un redressement double alternance grâce au pont de diodes, dit pont de Grätz, on a k=1,5
Ub : tension de ronflement après redressement et filtrage. Fréquence : 100Hz. Choisissons Ub = 1 V
Ce qui donne :
C (µF) = 1,5 * 5000 mA / 1 = 7500 µF
Le filtrage sera réalisé par deux condensateurs de 4700 µF (valeur standard) 40V en // (soit 9400 µF).



Eric
... est sans filtre

[treblig]

Bonjour,

J'AI ÉTÉ DOUBLÉ DE VITESSE PAR ÉRIC !
Tant pis, je laisse mon laïus quand même.

==== RÉCUP : TRANSFO TOROÏDAL 24V - S01E02 ====

Dans l'antre qui me sert d'atelier j'ai trouvé un pont redresseur GBU1006. Côté tension, ça va, en revanche il semble un peu juste en ampères (10A) pour le transfo qui sort quelques 8A, surtout à la mise sous tension. Avec un peu de chance je trouverai un pont plus costaud dans mon fatras.
Il doit aussi me rester des fusibles rapides de la réparation de l'alim du téléviseur TCL.

La tension nominale du transfo est de 24V ce qui, peu ou prou, doit donner une tension de 24*√2 = 34V en crête moins les 2*Vf du pont redresseur.
Le datasheet donne Vf=1V "par élément" et en considérant 2 diodes par phase ça fait 2 * 1V.
Ce qui donne 24V - 2V = 32V en tension continue. Sauf si j'ai tout compris de travers.

Quelque part j'ai trouvé deux formules magiques pour calculer la grosse capa de filtrage :
1. C = I / (2 * Hz) * Tension d'ondulation
2. C = I * 1000 à 2200µF

Je n'en suis pas certain mais j'ai cru comprendre que la tension d'ondulation c'est le "ressaut" entre les 2 phases redressées.
J'imagine que l'idéal serait que cette tension d'ondulation soit minimale pour s'approcher d'un DC parfait plutôt qu'une succession de sauts de puces géantes.
Est-ce qu'on choisit arbitrairement cette tension d'ondulation qui sera la résultante de la capa choisie ?
Je subodore qu'il y a de toute façon des limites physiques et financières côté capa et qu'une simple capa ne permet pas d'approcher le DC presque parfait.
Admettons une tension d'ondulation de 1V (j'ignore si c'est raisonnable ou pas) : C = 8 / (2 * 50 * 1) = 0,08F = 80000µF. Il faut de la place dans le boîtier et sortir son chéquier !

Clairement, la seconde formule a l'avantage de la simplicité de calcul.
C = 8000 à 17600µF. Ça fait déjà des belles capas sous 50 ou 63V...

Ce dont je ne suis pas sûr c'est la valeur de I à prendre en compte.
Faut-il prendre les 8A possibles du transfo ou les I max qui seront consommés à un instant T ?
Le convertisseur buck DPS5005 que je vais lui coller est limité à 5A et je n'ai jamais eu besoin de tirer plus d'1A dessus.

Treblig (en phase de redressement)

[treblig]

Hello Éric,


==== RÉCUP : TRANSFO TOROÏDAL 24V - Q&A-01 ====

Merci de ces infos.

Un pont de diode 7A ou plus + condensateur chimique devrait faire l'affaire.

Le pont GBU1006 est donc retenu.

C (µF) = 1,5 * 5000 mA / 1 = 7500 µF
Le filtrage sera réalisé par deux condensateurs de 4700 µF (valeur standard) 40V en // (soit 9400 µF).

Je vais plonger dans mon stock de récup. J'y ai quelques grosses caps, reste à voir leurs valeurs et voltages.

Selon la méthode de calcul on tombe sur des valeurs vraiment très éloignées les unes des autres.
Ce n'est probablement pas hyper important dans mon cas, le DPS5005 doit faire un peu de ménage de filtrage aussi.
Avec le doute habituel, on trouve des 10000µF (et plus) sur Aliexpress ex: https://fr.aliexpress.com/item/1005004123758015.html

Partant de l'observation que pour une même valeur de capa on trouve des voltages différents, quel est l'inconvénient de prendre un voltage plus grand ?
Par exemple : 4700µF 50V vs 4700µF 63V vs 4700µF 80V ?
Je doute que les fabricants s'amusent pas à proposer des voltages différents pour le seul plaisir masochiste de gérer des stocks différents.

Treblig (condense à c't'heure)

[Eric]

Hello treblig,

J'AI ÉTÉ DOUBLÉ DE VITESSE PAR ÉRIC !

Ah ben voilà ce qui arrive quand on fait les questions et les réponses .

La tension nominale du transfo est de 24V ce qui, peu ou prou, doit donner une tension de 24*√2 = 34V en crête moins les 2*Vf du pont redresseur.
Le datasheet donne Vf=1V "par élément" et en considérant 2 diodes par phase ça fait 2 * 1V.
Ce qui donne 24V * √2 - 2V = 32V en tension continue. Sauf si j'ai tout compris de travers.

Tu as très bien compris même si ta première formule s'applique plutôt à vide qu'à pleine charge. Et cela dépend aussi de la technologie du transfo : les 'ronds' sont souvent meilleurs que les 'rectangulaires'. Pour un très mauvais transfo, on estime qu'à pleine charge, la tension continue redressée et filtrée moyenne ne dépassera pas la valeur de la tension alternative (donc 24 VAC donnera 24 VDC moy).
Mais dans les cas les plus courants, on se trouve plutôt entre cette valeur basse et VAC * √2 - 2 * Vf.
Ton cas est même nettement plus favorable et donc plus proche de la valeur max car ton transfo peut sortir 8 A et tu n'en tireras au maximum que 5,3 A (cette valeur est calculée plus bas dans le texte).

Il faut aussi savoir qu'à vide, la tension de sortie du transfo dépasse la valeur nominale indiquée par le constructeur d'un facteur 'ks'.
On a Vac (à vide) = ks * Vac (nominal). Cela se mesure aisément, mais je dirais que pour ton transfo qui a plutôt l'air de qualité, on peut estimer que ks = 1,03 à 1,10.

Quelque part j'ai trouvé deux formules magiques pour calculer la grosse capa de filtrage :
1. C = I / (2 * Hz) * Tension d'ondulation
2. C = I * 1000 à 2200µF

Il y effectivement plusieurs formules guide pour donner un ordre de grandeur de la capacité du condensateur de filtrage.

Je n'en suis pas certain mais j'ai cru comprendre que la tension d'ondulation c'est le "ressaut" entre les 2 phases redressées.

Oui, dès que l'on charge, la tension filtrée s'effondre un peu 100 fois par seconde dans ton cas. Cette variation a pour nom 'ondulation'.
Dans cet exemple issu d'une simulation numérique on a les courbes suivantes. En bleu : redressement double alternance avec Vcrête normalisé à 1.
En rouge : tension filtrée avec charge. L'ondulation vaut ici environ 0,08 V.

J'imagine que l'idéal serait que cette tension d'ondulation soit minimale pour s'approcher d'un DC parfait plutôt qu'une succession de sauts de puces géantes.

Plutôt que de mettre de très gros condensateurs de filtrage, c'est plus économique d'ajouter une fonction de régulation après le filtrage.

Est-ce qu'on choisit arbitrairement cette tension d'ondulation qui sera la résultante de la capa choisie ?

Pas tout à fait arbitrairement : ça dépend du montage et de l'utilisation. Ici le DPS5005 régule après le filtrage, donc 1 à 3 V d'ondulation, c'est bien. Dans mes calculs, j'ai choisi 1 V.

Partant de l'observation que pour une même valeur de capa on trouve des voltages différents, quel est l'inconvénient de prendre un voltage plus grand ?

Ça prend plus de place, et si tu les achètes neufs, ils sont plus chers.
Ici des 40 VDC suffisent.

Ce dont je ne suis pas sûr c'est la valeur de I à prendre en compte.
Faut-il prendre les 8 A possibles du transfo ou les I max qui seront consommés à un instant T ?
Le convertisseur buck DPS5005 que je vais lui coller est limité à 5A et je n'ai jamais eu besoin de tirer plus d'1A dessus.

Dans ce cas précis, le calcul du condensateur de filtrage se fait avec environ 5 A (et c'est la valeur que j'ai retenue dans mon précédent post : 5000 mA).

Mais c'est 'environ', car le calcul exact nécessiterait de tenir compte de nombreux paramètres comme les caractéristiques précises du transformateur, du DPS5005, de la fluctuation max de la tension secteur, des caractéristiques des diodes et des condensateurs sélectionnés.
Dans le calcul détaillé ci-dessous, j'ai simplement inclus une estimation du rendement du DPS5005.

Autant que je me souvienne, les DPS5005 et consorts sont de topologie buck. Et comme toutes les alimentations à découpage, à leur rendement près (disons 85%), il faut leur fournir la puissance qu'elles délivrent.

Le courant de sortie max étant de 5 A, c'est lorsque la tension de sortie approche, sans pouvoir la dépasser, la tension d'entrée que la puissance délivrée est maximale. C'est donc ce cas qu'il convient de considérer pour calculer le courant, afin de déterminer, en fonction de l'ondulation résiduelle après filtrage, la valeur du condensateur...de filtrage.

Une fois redressée et filtrée avec une ondulation faible (disons 1 V), la tension venant du transfo sous charge fait environ 32-34 VDC en moyenne.

Si l'on ne dépasse pas 30 VDC en sortie du DPS5005, la puissance maximale délivrée sera de 150 W (30 V * 5 A). La puissance d'entrée du DPS5005 sera de 150/0,85 = 176 W qui sous 33 VDC donne un courant de 5,3 A, à fournir par le transfo.




Pour les diodes du pont, voici quelques éléments du calcul utilisé, qui n'était pas détaillé dans mon précédent post.
Le courant crête est 5,3 * 1,4 = 7,4 A. Mais comme ce sont des arches de sinusoïdes le courant moyen équivalent n'est que 0,637 * Icrête = 4,7 Amoy.
Or les diodes ne travaillent qu'une alternance sur 2, reste donc 2,35 A en moyenne. J'avais suggéré, toujours dans mon précédent post, un pont de diodes de 7 A, ce qui donne un facteur de sécurité un peu inférieur à 3 sur le courant moyen, ce qui est généreux. Un 5 A suffira aussi (facteur de sécurité = 2,1) .


Voyons maintenant ce que cela donne en impulsionnel.

Une diode a un courant limite 'Ifsm' qui est souvent de 5 à 50 fois le courant RMS (la valeur exacte est indiquée dans le datasheet).
Ce sera à la mise sous tension (condensateurs déchargés) que le courant qui circulera dans les diodes sera le plus élevé.
Le courant crête sera déterminé par la tension crête, soit 24 * 1,4 = 33,2 Vcrête. Pas de coefficient de surtension à vide du transfo à considérer ici, puisque le courant délivré est très élevé.

Le calcul du courant impulsionnel le plus élevé à la mise sous tension sera donc assez similaire de celui qui sert à déterminer le courant de court-circuit du transfo pris seul.

Un condensateur déchargé = court-circuit (enfin presque, il reste l'ESR).
Ainsi, on a dans le circuit : 2 diodes et la résistance du secondaire du transfo (disons 0,7 Ohm) + 0,2 Ohms de résistance des fils/pistes et soudures + 0,1 Ohms d'ESR des condensateurs.
Vu le courant élevé, on part sur 1 VDC de chute de tension par diode. Comme 2 diodes sur les 4 seront passantes, cela fait 2 VDC.
La tension à considérer pour calculer le courant crête est donc de 33,2 - 2 = 31,2 VDC
Le courant crête, condensateurs déchargés, se calcule par la loi d'Ohm : 31,2 / (0,7 + 0,2 + 0,1) = 31,2 Acrête.

Ce calcul reste très approximatif car il faudrait mesurer précisément toutes les valeurs (y compris d'ailleurs la résistance dynamique des diodes), et tenir compte du fait que le transformateur est aussi une inductance, ce qui fait qu'elle s'oppose à la variation du courant, qui du coup sera moindre.

Prenons le pont KBPC8005PBF (50 V ; 8 A) (1).
Son courant crête limite est Ifsm = 125 A.
Donc même dans le cas le plus défavorable (on branche pile là où la sinusoïde secteur est au max), à 31,2 A on a un facteur de sécurité de 4 sur le courant impulsionnel, ce qui est confortable.



Eric
... vit dans le confort




(1) Vendu comme un 8 A 'Io(av)', c'est en fait 6,4 A sur charge capacitive, ce qui est proche des 7 A suggérés plus haut, lors de son dimensionnement qui inclut une bonne marge de sécurité.

[treblig]

Hello Éric,

==== RÉCUP : TRANSFO TOROÏDAL 24V - Q&A-02 ====

Ah, ben voilà ce qui arrive quand on fait les questions et les réponses .

Dans la mesure de mes maigres, voire illusoires, connaissances j'essaie de débroussailler un peu le terrain avant de poser mes questions mais comme je pars de très, très loin en électronique, ça me prend un temps infini pour trouver des éléments, les recouper et encore plus pour tenter de les comprendre et en faire quelque chose d'utile. L'âge n'arrangeant rien à l'affaire, je mets des heures avant de presser le bouton "Submit"....

Ça prend plus de place. Ici des 40V suffisent.

Je prévois de reprendre le boîtier du bistouri donc je ne devrais pas manquer de place. Si c'est la seule contrainte je vais taper dans mes récups, j'y ai deux 6800µF 63V 85°C CHEMI-CON. Ça semble être une assez bonne marque de capas, j'ai dû les récupérer d'un matos pas trop pourrave. J'espère seulement qu'ils n'ont pas trop d'heures de vol...

170802s.jpg (55.78 Kio) Vu 577 fois

Pour les diodes du pont, voici quelques éléments du calcul utilisé, qui n'était pas détaillé dans mon précédent post.

Très intéressant !
Merci pour ces détails et toute la démarche derrière les calculs. Makes my day!

Donc même dans le cas le plus défavorable (on branche pile là où la sinusoïde secteur est au max), à 31,2 A on a un facteur de sécurité de 4,8 sur le courant impulsionnel, ce qui est très confortable.

En cherchant les caps dans mon bazar je suis tombé sur un pont redresseur GSIB 1560 monté sur un radiateur : If=15A, Ifsm=300A, Vdc=600V, Vrms=420V. Il devrait être encore plus confortable voire overkill.

Treblig (aujourd'hui plus [de connaissances] qu'hier et bien moins que demain)

[treblig]

Hello Éric,

==== RÉCUP : TRANSFO TOROÏDAL 24V - Q&A-03 ====

Plutôt que de mettre de très gros condensateurs de filtrage, c'est plus économique d'ajouter une fonction de régulation après le filtrage.

Une fonction de régulation... je ne vais pas tarder à apprendre quelque chose de nouveau Ça ressemble à quoi ? Une Zener ou un 78xx tomberait dans cette catégorie ?

BTW je pensais ajouter des 78xx/LMxx (ou équivalents) fixes 3.3V, 5V, ... et 12V en parallèle du DPS5005. Après réflexion, je serais peut-être plus inspiré en mettant des modules buck à base de MP1584EN et en soudant les résistances qui vont bien pour sortir du 3.3, 5, 6, 9, 12V à la place des potars (moyennement confiance de la tenue dans le temps de ces derniers).

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Il faut aussi savoir qu'à vide, la tension de sortie du transfo dépasse la valeur nominale indiquée par le constructeur d'un facteur 'ks'.
On a Vac (à vide) = ks * Vac (nominal). Cela se mesure aisément, mais je dirais que pour ton transfo qui a plutôt l'air de qualité, on peut estimer que ks = 1,03 à 1,10.

la résistance du secondaire du transfo (disons 0,7 Ohm)

C'est juste un coup de mesures au DMM sur le secondaire du transfo ? Je dois passer à l'atelier demain, je ferais ça.

Ensuite, le challenge sera de remplacer la façade du boîtier du bistouri pour cette alim en y intégrant le DPS5005, des LED, des switchs, des mini-voltmètres et des borniers. Je dois avoir des morceaux de plexi en provenance d'écrans TV LED HS. En revanche côté outillage, je suis plutôt léger...

Treblig (boit un bock et commande des bucks)

[Eric]

Hello treblig,

je mets des heures avant de presser le bouton "Submit"....

Ah, moi je Submit de suite, et après je corrige les erreurs parce que j'ai submité trop vite . Ce qui se voit d'ailleurs dans ton pénultième post, puisque ce n'est pas la plus récente version de mon texte que tu cites (touches à rien, ça ira très bien comme cela).

j'ai deux 6800µF 63V 85°C CHEMI-CON

À première vue, ils ont l'air top et 13600 µF de filtrage, c'est royal, mais...

La marque de condensateurs '(NIPPON) CHEMI-CON' (abbréviation : 'NCC') est considérée comme 'First-tier'.

Ceux de la photo sont des 'KOREA CHEMI-CON' dans un logo très similaire. Il y a bien une filiale du fabricant japonais en Corée du Sud, à Séoul (arrondissement 'Geumcheon-gu'), mais ce n'est qu'une structure commerciale (pas de fabrication sur place) et qui n'utilise que le logo de la maison mère. Un logo officiel avec le texte 'NIPPON CHEMI-CON' était utilisé précédemment par l'entreprise japonaise.

Le post de 'mariushm' daté du 09-11-2013, 09:09 AM visible au centre de cette page donne quelques éléments complémentaires : les condensateurs 'KOREA CHEMI-CON' pourraient avoir été fabriqués par la boîte coréenne 'Samyoung', qui a été en partenariat avec NCC dans les année 70' et 80' mais qui aurait ensuite crée ce logo trop ressemblant à celui de la marque japonaise. Mais 'partenariat' ne veut pas forcément dire que NCC a transféré son savoir faire à Samyoung; cela peut être un simple lien capitalistique ou un accord de distribution commercial.

En droit français, un condensateur marqué 'KOREA CHEMI-CON', c'est considéré comme de la contrefaçon de marque par parasitisme. J'y connais quedalle, mais je ne pense pas qu'il y ait beaucoup de pays qui ont une loi similaire où l'aspect de proximité graphique/textuelle/paronymique/homophonique soit aussi sérieusement considéré. D'aucuns affirment que ce genre de lois ne sert qu'à protéger les fabricants, mais - on le voit ici - c'est suffisamment bien imaginé/imité pour également tromper l'acheteur un peu profane.

Maintenant, ce n'est pas parce qu'ils ne sont pas d'une marque 'top moumoute' qu'ils ne fonctionnent pas. Tant que ce n'est pas une arnaque complète (un boîtier de taille normale pour un 6800 µF, mais avec un condensateur de 10 µF à l'intérieur), c'est surtout leur fiabilité à long terme qui est certainement moindre que celles des marques dites 'de référence' qu'ils tentent d'imiter.
Vu les estimations sur la valeur requise faites précédemment (avec 7500 µF @5 A, on avait 1 V d'ondulation), même si l'un des deux a un capacité nulle, cela marchera quand même. Et vu que tu les as en stock, autant les utiliser pour ton alimentation à DPS5005, dont on ne s'attend pas un niveau de fiabilité équivalent à un engin spatial.

En cherchant les caps dans mon bazar je suis tombé sur un pont redresseur GSIB 1560 monté sur un radiateur : If=15A, Ifsm=300A, Vdc=600V, Vrms=420V. Il devrait être encore plus confortable voire overkill.

Il est parfait, et de coût nul puisque c'est de la récup.



Eric
... préfère les viaducs aux ponts

[treblig]

Hello Éric,

==== RÉCUP : TRANSFO TOROÏDAL 24V - Q&A-04 ====

Tant que ce n'est pas une arnaque complète (un boîtier de taille normale pour un 6800 µF, mais avec un condensateur de 10 µF à l'intérieur)

Si j'en crois les mesures de mon super testeur de compèt, l'une des capas fait 6888µF, l'autre 6930µF avec un ESR de 0.17Ω. Ça semble pas trop mal. Leurs dimensions : 30x40mm et le poids 37 et 38g respectivement.

17084s.jpg (102.36 Kio) Vu 517 fois

Le transfo : tension à vide 28,3V, résistance au secondaire 0.4Ω

Le boîtier : pas de souci, les capas rentreront largement dedans. La façade d'origine, en alu, fait 4mm d'épaisseur, le plexi (récup) fait un peu plus de 3mm.

170844s.jpg (80.08 Kio) Vu 517 fois

Treblig (bat la mesure)

[Eric]

Plutôt que de mettre de très gros condensateurs de filtrage, c'est plus économique d'ajouter une fonction de régulation après le filtrage.

Une fonction de régulation... je ne vais pas tarder à apprendre quelque chose de nouveau Ça ressemble à quoi ? Une Zener ou un 78xx tomberait dans cette catégorie ?

Tout à fait : les composants que tu cites assurent une fonction de régulation.

Plus d'infos sur ces sujets :
- Transformateur, redressement filtrage
- Régulateur linéaire
- Régulateur de tension

BTW je pensais ajouter des 78xx/LMxx (ou équivalents) fixes 3.3V, 5V, ... et 12V en parallèle du DPS5005. Après réflexion, je serais peut-être plus inspiré en mettant des modules buck à base de MP1584EN et en soudant les résistances qui vont bien pour sortir du 3.3, 5, 6, 9, 12V

Faut juste vérifier s'ils tiennent 38 VDC en entrée (28,2 x 1,4 -2), sinon choisir au moins un modèle 12 VDC qui tient 40 VDC en entrée et mettre les autres en cascade (1).
Une solution plus élégante serait de mettre un buck 15 à 18 VDC qui supporte bien 38 VDC en entrée et qui alimente tous les autres (3.3, 5, 6, 9, 12 VDC). La tension de 15 à 18 VDC n' est pas mise à disposition de l'utilisateur.
Perso je préfère mettre des 78XX (montés sur radiateurs) ou mieux des L200 (avec réglage de courant) si tu en trouves : leur bruit est nettement plus faible qu'un buck.

(1) Mais cela crée une dépendance parfois malvenue : imaginons que le 12 VDC alimente le aussi le 5 VDC : un court-circuit sur la sortie 12 VDC fera s'annuler la tension sur la sortie 5 VDC.


Eric
... fait du bruit

[Eric]

Hello treblig,

Bonne avancée, reste plus qu'à assembler tout ça.

Tant que ce n'est pas une arnaque complète (un boîtier de taille normale pour un 6800 µF, mais avec un condensateur de 10 µF à l'intérieur)

Si j'en crois les mesures de mon super testeur de compèt, l'une des capas fait 6888µF, l'autre 6930µF avec un ESR de 0.17Ω. Ça semble pas trop mal.

Parfait, les condos semblent bons, même si l'on pourrait compléter par un test de leakage à tension nominale (formule ici pour la série 'SMH' de 'Samyoung'), pour être sur à 100%.

Le transfo : tension à vide 28,3V, résistance au secondaire 0.4Ω

Donc, ks = 1,18 ce qui est un peu moins bon que ce que j'avais estimé. Idéalement, la mesure est à faire avec une tension secteur qui correspond exactement à ce qui est indiqué sur le transfo (220, 230 ou 240 VAC). Mais sans variac ou alimentation secteur alternative, on ne peut pas ajuster la tension : on prends celle qui sort de la prise et on en tient compte par règle de trois pour le calcul de ks.

Pour la résistance interne de 0,4 Ohms, cela donnera un courant de démarrage limite un peu plus élevé (environ 45 A) que celui de mon calcul estimatif (31 A).
Comme toujours, seule la mesure fait foi : une estimation permet au mieux de donner un ordre de grandeur, et presque jamais la valeur exacte.


Eric
... a de l'estime