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Topic: Lissage alimentation à découpage (Read 2454 times) previous topic - next topic

neoirto

Bonjour à tous,
Je cherche à lisser la tension d'une alimentation à découpage qui sort du 5V 8A max avec un peu de bruit.
Il me semble qu'il faut utiliser des condensateurs particuliers et éventuellement des selfs mais je ne sais pas comment dimensionner proprement ces composants.
Par ailleurs j'ai une source de bruit sur mon circuit : un pont en H qui drive un moteur à une PWM de 16 kHz. La aussi il me faudrait un condensateur de Bypass au niveau du pont en H, mais à ces fréquences, ce n'est pas évident à choisir.

Alors merci d'avance pour votre aide ;)

68tjs

Bienvenue dans un domaine qui est un des plus difficiles.

Pour lisser une sortie d'alim à découpage il est préférable de connaître la fréquence ou la gamme de fréquence de découpage, soit tu as la notice soit faut voir à l'oscillo sinon on peut quand même faire quelque chose mais on travaille à l'aveugle et les résultats ne sont pas optimisés.

Ensuite il faut déterminer la valeur max du courant à filtrer car je ne pense pas que tu auras 8A à filtrer.
Si tu as besoin de puissance il faudra séparer les réseaux d'alimentations :
- un réseau pour la puissance filtrage rudimentaire.
- un réseau pour l'électronique numérique et le microprocesseur si tu n'utilises pas les entrées analogiques, il sera à filtrer modérément.
- un réseau pour l'électronique linéaire ou d'asservissement et le micro si tu utilises les entrées analogiques. Il sera à filtrer énergiquement

Moins tu demandera d'ampérage plus le filtrage sera facilité.

Le point délicat est l'inductance : c'est un bobinage autour d'un matériau magnétique.
Coté bobinage : Plus l'inductance doit être forte plus il faut de spires et par voie de conséquence plus sa résistance série augmente et plus il y aura de chute de tension parasite.
Coté matériau magnétique : le matériau est sensible au produit L*I -> un produit L*I trop fort sature le matériau et l'effet de self disparaît. Si L*I est grand il faut augmenter le volume du matériau magnétique et par voie de conséquence la longueur du fil de bobinage et la résistance série......

Donc limiter au maximum la valeur du courant à filtrer.
Il est plus facile de filtrer en fractionnant les réseaux.

Les valeurs de filtrage :
Un réseau simple (on dit aussi en gamma)  est constitué d'une inductance (L) en série suivi d'un condensateur  (C) en dérivation avec la masse, la formule magique est       L*C*(2*PI*Fo)^2=1
L : inductance en Henry
C : capacité en Farad
Fo: fréquence de coupure en Hertz

Si tu opte pour un réseau en PI (plus efficace) -> capa en //, self en série, capa en //, la formule est la même au détail suivant : quand tu câblera il faudra multiplier la valeur de la self par 2 --> normal un PI est en fait constitué par deux Gamma reliés tête-beche.

Il faut choisir Fo plus faible que la fréquence la plus basse que l'on veut filtrer (min 4 fois) pour avoir un filtrage efficace.

Conseils :
Tu cherches une inductance qui va bien : pas trop grosse, pas trop de résistance série -> c'est le composant le plus ch*a*t.
Il y a de nombreuses self dans les alim de PC, il devrait être possible d'y faire de la récup.

Ensuite tu détermine le condensateur qui s'accorde bien avec.

Remarque sur les condensateurs :
les condensateurs ont aussi une résistance série (paramètre "ESR") qui est néfaste pour le filtrage et souvent les très grosses valeurs ne sont pas performantes de ce coté. Donc pour du filtrage d'alim je te conseille de taper dans les condensateurs à faible ESR.
Les condensateurs chimiques ne sont pas non plus très performants en fréquences élevées et en plus des résidus d'alim à découpage (basses fréquences) tu as souvent des bruits hautes fréquences d'origines diverses. C'est pourquoi on place souvent un condensateur céramique de 10nF en parallèle avec le chimique mais attention il faut câbler les deux condensateurs avec des liaisons très courtes sinon on créé des résonances série/parallèle du plus mauvais effet. Quelque soit le câblage il faut privilégier le condensateur céramique en le câblant au plus court (sortie de l'inductance / masse 0V).


neoirto

Et bah je te remercie !
Ca c'est de la réponse... Alors je potasse tout ça et je reviens faire le point.

Sinon, en attendant, je dois comprendre qu'il faut choisir ma self en fonction du courant max, puis choisir mes condensateurs en fonction de la fréquence de découpage (620 kHz dans mon cas) ?
Malheureusement pour des questions de fils, je suis obligé de distribuer mon +5V à quasiment tout le monde... Ce qui va compliquer, je l'ai bien compris, car ce seront quand même 5-6 A max à traiter.

Mais comment je calcule la valeur de l'inductance du coup ? A partir de la variation de tension et du courant passé max de façon à ce qu'elle ne sature jamais ?

Sinon autre question, entre gamma et PI quel est le type de filtre qui sera le plus efficace energétiquement ?

Merci encore

68tjs

Dans ton cas ça va être chaud même très chaud !
Tu dis 6A avec une self qui a une résistance série de 0,5 ohms , ce qui pour une self bobinée n'est pas gagné d'avance,  ça fera avec la loi de Monsieur Ohms : U= R*I = 3V de perte dans la self !!!!!

Pour moi tu te mets dans une impasse : Si tu as vraiment besoin de filtrer, jusqu'à présent tu ne nous as toujours pas dit ce que tu voulais faire donc je reste dans le général, sépares tes distributions d'alim .
Ce n'est pas bien compliquer de couper un fil, même des pistes de circuit imprimé, et de faire des dérivations.
Jamais au grand jamais je ne mélange la puissance et le contrôle, courants forts et courants faibles, c'est aller direct au casse pipe.

Pour le PI ou le gamma ce n'est pas que dans le schéma que se trouve la réponse mais aussi dans les éléments parasites des composants  et là je n'ai pas de boule de cristal pour savoir lesquels tu utilisera. Chaque réalisation est un cas particulier.
Exemple avec le PI tu trouves une self de 1mH avec Rs = 0.5 ohms et pour le gamma qui est moins efficace en théorie tu trouve une self, qui fait maintenant 0.5 mH mais avec une résistance série de 0,1 ohms.
Quel est le meilleur schéma ?
Meilleur filtrage mais avec forte chute de tension ou filtrage moins bon mais avec une plus faible chute de tension ?
Te faut-il absolument V= 5V ou 4,9V ou peut tu te contenter de V= 4.4V ?

On est entièrement dans la gestion des compromis, je t'avais prévenu que le sujet était difficile.

ekaki

Il faudrait aussi avoir une idée de l'ordre de grandeur du bruit qu'il y a, ainsi que du seuil auquel tu veux l'abaisser.

neoirto

Oui, ça risque de pas être facile.
C'est un montage avec une camera et 2 moteurs DC qui partagent une alimentation régulée 5V. Une sorte de bras robotisé pour des prises de vue. La camera dispose d'une sortie analogique qui est un peu polluée par les parasites provenant du pont en H des moteurs et du bruit de l'alim (j'ai bien mis des condos de bypass en amont de chaque pont en H, mais ils polluent quand même : pas loin de 250mV à 16kHz !).
Le problème concernant les fils d'alimentation des moteurs DC, c'est qu'ils s'opposent au mouvement et qu'ils doivent passer dans des guides tout petits. Je comprends donc que je dois dissocier les alimentations : en bidouillant je dois quand même réussir à passer 2 fils au lieu d'un, et en réduisant un peu la conso max, avec donc disons 2A par moteur, ça sera déjà mieux !
Sinon effectivement, pour la partie logique, j'ai déjà une alim linéaire séparée.

L'alim à découpage produit donc un bruit à traiter (relativement faible : de l'ordre de 50mV à 620kHz). J'ai essayé avec une alim linéaire, mais c'est encore pire lorsque les ponts en H sont actifs !
Et donc au niveau de chaque pont en H, je dois pouvoir faire également quelque chose avec des condos de bypass avec un ESR très bas.

Est-ce que j'essaie de placer un filtre en amont de chaque pont pour limiter la casse ?

Ca va pas être coton, mais merci de votre aide !

ekaki

Peut-être que dans un premier temps un bon découplage en PI est la solution la plus simple à mettre en oeuvre.
C'est ce que j'utilise systématiquement dans mes projets avec des moteurs et en général cela suffit. Des fois je mets des tores d'anti-parasitage en plus sur la ligne sensible aussi; c'est tout bête mais cela aide bien.

neoirto

Ok, merci de vos réponses à tous les deux, je crois qu'il faut que j'essaie un peu tout ça.
Quand même une question au passage : si je ne mets pas de self (c'est quand meme gros et lourd), et seulement des condensateurs bypass à très low esr (type OSCON) et grosse capacitance, quelle sera la différence en terme de qualité de lissage ?
Merci encore  :)

ekaki

Sans la self ce n'est plus in filtre PI, donc plus la même efficacité.
Tu peux néanmoins faire des simulations pour voir l'effet :
-> http://sim.okawa-denshi.jp/en/Fkeisan.htm
(cliquer sur "Sample calculation" pour accéder aux outils)

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