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CP0171 Adaptateur de test secteur

Attention

Cet appareil est relié au secteur et véhicule des tensions et des courants potentiellement mortels.
Bien qu'il contienne un transformateur abaisseur de tension, ce transformateur n'assure pas ici de l'isolation galvanique car la masse de l'alimentation derrière est reliée à la phase du secteur.
Il faut donc considérer que dans ce montage  toutes les parties sont reliées au secteur et potentiellement dangereuses.
Il faut donc prendre toutes les précautions afin d'assurer les isolations nécessaires et respecter les normes d'usages pour les appareils secteur.
Je vous déconseille la fabrication de cet appareil si vous ne maîtrisez pas bien toutes ces notions et ces techniques.

Description

Il y a 8 ans je vous présentais dans cette vidéo  le  banc de test secteur CP0035 qui est un appareil que j'avais fabriqué il y a 19 ans en 2006 qui permet de tester les appareils secteur en évitant éventuellement de faire sauter le disjoncteur de la maison en cas de court-circuit.

C'est un système extrêmement simple qui consiste à mettre une ampoule en série avec la charge ce qui fait que si elle se met en court-circuit, ça allume l'ampoule.
C'est une solution qui à l'avantage d'une extrême simplicité mais qui en fait est loin d'être optimale, ceci pour plusieurs raisons:

1. Il faut prendre une ampoule qui est adapté à la charge.Si on prend une ampoule trop puissante le courant risque d'être trop fort en cas de court-circuit si on prend une ampoule pas assez puissante, elle va s'allumer légèrement et baisser la tension dans la charge.
   Il faut donc en théorie prendre une ampoule qui est au moins 10 fois plus puissante que ce que l'on teste ce qui implique d'avoir plusieurs type sous la main.
   
2. Ensuite le temps de réaction n'est pas bon du tout, c'est toujours très long d'un point de vue électronique pour allumer une ampoule qui, je le rappelle, présente une résistance à froid de filament qui est très faible
   Ceci peut entraîner des sur-courants assez important pendant quelques millisecondes qui peuvent être fatal au circuit testé.
   
3. C'est encombrant et fragile.
   
4. Et pour finir il est de plus en plus difficile de trouver des ampoules filaments, celle-ci étant interdites depuis plusieurs années par l'Europe.

C'est pour ça que je vais dans l'idée depuis très longtemps de faire une version de CP0035 qui n'utiliserait pas d'ampoules et j'y ai travaillé en pointillé en réfléchissant à plusieurs solutions/

Il y a quelques temps j'ai eu envie de me remettre plus sérieusement sur le projet et ma première l'idée était en gros de faire une limitation de courant comme on peut avoir sur les alimentations de laboratoire.
L'inconvénient de cette solution c'est que cela fait dissiper une puissance extrêmement importante dans l'élément de régulation.
Er cela laisse ce courant en permanence dans la charge.
J'ai donc décidé de revenir à une version où l'élément de commande fonctionne en commutation, ce qui bien sûr limite énormément sa dissipation et j'ai eu l'idée de faire une solution qui est en gros coupe l'alimentation si le courant dépasse une certaine valeur.

En gros on peut voir CP00171 comme un disjoncteur qui se réarme automatiquement  à chaque alternance secteur toutes les 10 millisecondes et se coupe si le courant dépasse une certaine valeur que l'on peut ajuster en gros de 100 milliampères à un ampère.
J'ai utilisé un IGBT costand comme élément de commutation afin que cela coupe très rapidement et que ça ne fasse jamais sauter le disjoncteur de la maison.

Une alarme visuelle et sonore indique l'entrée en fonction de la limitation.

J'en ai en plus profité pour ajouter quelques prises de mesure pour pouvoir visualiser assez facilement le courant, un petit module de tests Chinois qui affichent les paramètres principaux et bien que ça soit une solution sans microcontrôleur, je me suis réservé éventuellement la possibilité de rajouter plus tard en option une version programmée qui permettra plus de possibilités.

Schéma

Comme je l'ai dit, j'ai ajouté à cet appareil des fonctionnalités de confort qui ne sont pas essentiels à son fonctionnement
Pour ceux qui voudraient faire la version ad minima, je vous ai fait ci-dessous le schéma minimum que l'on pourrait mettre en place pour faire CP0171.
Le filtre en entrée est conseillé mais optionnel et l'on voit aussi que l'on peut faire le choix d'un réglage continu par potentiomètre de 100 mA à 1 ampère pour le courant max; ou utiliser comme moi un commutateur à 7 positions qui permet de choisir des courants prédéterminés en progression 1 2 5.
J'ai utilisé comme alarme en cas de sur-courant une LED rouge et un buzzer commandé par un mosfet mais on peut bien sûr choisir ce que l'on veut sans souci.
On verra bien sûr à la parfaite isolation de l'IGBT qui peut être monté sur radiateur mbine que normalment il chauffe trés peu.
Par sécurité je vous conseille d'utiliser un boîtier métallique relié à la terre ce qui évitera éventuellement tout problème de sécurité.

Voici le schéma de ma version.
On peut voir que, ayant eu un petit problème avec mon transfo qui ne donnait pas assez de tension, j'ai été obligé de changer l'alimentation 12 volts par une alimentation 10 volts obtenue en boostant un régulateur 9 volts avec 2 diodes dans sa patte de référence.

Comme il restait une bascule de libre, j'en ai profité pour faire un système de marche arrêt par bouton poussoir.
J'ai aussi utilisé la seconde moitiée du comparateur pour faire une indication avec une LED bicolore de l'état de la sortie,si elle est off c'est vert, si elle est active c'est rouge.
On note que j'ai utilisé un photocoupleur qui permettra de piloter la sortie via le microcontrôleur que je rajouterai peut être plus tard en option.
J'ai aussi ajouté des snubbers qui peuvent éventuellement limiter l'étincelage des contacts du relais en cas de charge inductive.

Voici l'oscillogramme de la sortie du détecteur de passage à 0 de l'onde secteur.

Mise  au point

Une fois monté, il convient bien sûr vu que cet appareil est relié au secteur de bien vérifier l'isolation.
Ensuite le seul réglage consiste à régler la tension de référence de façon à avoir 1 Volt à l'entrée du comparateur en position maximum de courant 10 ampères
Je rappelle que cet appareil est relié au secteur et que même derrière le transfo il est impératif de ne jamais rentrer en contact avec aucune des connexions.
De même cela impose que si l'on veut faire des mesures avec un oscilloscope, une sonde différentielle est indispensable.

Liens sur certains composants utilisés

Fabrication

Comme indiqué précédemment, le transistor ne devrait quasiment pas chauffer mais comme je n'étais pas sûr de ma solution et que j'ai en stock pléthore de ce genre de radiateur, je l'ai fixé au cas où sur ce gros radiateur qui est bien sûr ici plutôt surdimensionné.
Il faut bien sûr bien veiller à isoler le transistor du radiateur car il est branché sur le secteur.

Voici la  face arrière qui comportait bien sûr des trous d'origines mais qui ne me dérange pas trop ici

Voilà ce que ça donne une fois monté

Toutes l'électronique est montée sur la face arrière et une fois n'est pas coutume j'ai décidé ici de faire un circuit imprimé pour monter les éléments de puissance.
Il est bien sûr fixé avec des entretoises plastiques isolantes car le boîtier est connecté à la terre.

On peut noter la présence du filtre secteur que je vous avais montré dans un QDN.
J'ai laissé sur le transformateur la ferrite antiparasite d'origine qui ne peut faire que du bien.

J'ai monté l'alimentation et le détecteur de passage à 0 sur une petite plaquette.
J'avais mis à l'origine un régulateur 12 Volts mais lors des essais de l'alimentation, je me suis aperçu que mon transfo s'écroulait très vite et n'était pas capable de maintenir une tension suffisante  au secondaire pour assurer un fonctionnement correct du régulateur.
J'ai donc dû à baisser un peu la tension et n'ayant pas de régulateur cette 7810 j'ai ajouté 2 diodes 1N4148 dans la broche de référence ce qui porte la sortie à environ 10 Volts

Voilà le résultat,  je n'ai pas chauffé assez et je l'ai retiré un peu vite ce qui fait que j'ai dû faire pas mal de retouches au stylo...

Ma vieille bouteille de Perchorure de fer que je n'avais pas utilisé depuis des années a quand même réussi à graver le circuit :)

Rester plus qu"à faire les trous avec ma petite perceuse à haute vitesse, une formalité !

Voici les composants en place. On peut noter la présence de 2 relais car je n'avais en stock qu'un relais à bobine 230 volts pour commander la sortie.
J'ai donc mis un petit relais 12 volts intermédiaire pour le commander.
Il est mieux d'utiliser un seul et unique relais 12 volts.
La résistance shunt de 0.1 Ohm est ici largement surdimensionnée mais c'est la seule que j'avais en stock.

On note la présence de ces connecteurs enbrochables qui sont très pratiques et permettent éventuellement des maintenances faciles.

En fait lors des premiers essais j'ai eu un petit problème qui comme on va le voir a entraîné toute une suite de galères !
Dès le départ en fait il fonctionnait plutôt bien mais  j'avais un souci qui faisait que dès que la limitation de courant s'enclenchait le bousin se coupait comme si j'appuyais sur off.
C'était quand même pas normal, j'ai donc essayé de voir ce qui se passe un petit peu et  j'ai mis des sondes différentielles à différents endroits pour regarder ce qui se passe et là je me suis aperçu d'un truc que j'ai trouvé particulièrement étonnant::

J'ai regardé la tension d'alimentation quand le système se déclenchait et elle tombait brutalement quasiment à 0 ! très bizarre même si cela ne durait que quelques ms.
Honnêtement j'arrivais pas à comprendre et je pensais que c'était ça qui faisait permuter mon truc et donc je me suis dit, tiens c'est bizarre, quoi d'où vient ces cet appel de courant et j'ai voulu commencer à faire des mesures.

J'ai eu vu que ça produisait même avant le régulateur de tension ce qui est quand même assez bizarre avec les condensateurs et même en mettant un condensateur de près de 20000 micros en parallèle sur l'alim  ça continue à faire avec un front hyper raide !

C'est là que j'ai commencé à avoir des soucis, pour faire des mesures j'ai commencé à trifouiller dans le machin je pense qu'à un moment donné j'ai dû faire un court-circuit avec une sonde qui fait que y a plus rien qui marchait.
J'ai  voulu sortir le transistor en le montant sur une rallonge en utilisant un petit adaptateur que j'avais qui me servait avant à faire des des mesures et je me suis aperçu et il y avait des trucs très bizarres.

De temps en temps c'est comme si les diode étaitent mortes mais  je leur faisais des mesures et c'était bon

Honnêtement je commençais à perdre un petit peu mon latin , le driver c'est mis à chauffer comme pas possible il est mort enfin bon j'ai eu quand même pas mal de galères j'ai fait pas mal d'essai et à chaque fois ça partait comme ça en couilles.

Je me suis dit bon là il y a vraiment quelque chose que je comprends pas je me suis demandé ce qu'il fallait pas que j'appelle un exorciste!
Alors comme d'habitude,  j'ai laissé un peu de côté j'ai essayé de réfléchir à voir ce qui se passait.

Pendant un temps j'ai soupçonné en fait la résine que j'avais mis de la résine UV pour bloquer mes écrous plastiques là et qui faisaient éventuellement contact entre 2 pistes et je me suis dit est-ce que c'est pas elle qui fout le bordel donc non j'ai fait des mesures ça n'est pas le cas mais enfin mais j'ai quand même je les ai quand même enlevés pour voir mais non c'était manifestement pas ça.

En continuant de faire des essais je me suis aperçu de ce que c'était en fait c'était le mon petit adaptateur de test,  un adaptateur que j'utilise depuis très très longtemps qui; en le manipulant; a déclenché un court-circuit intermittent et c'est lui qui m'a fait toutes ces misères.

On peut voir sur cette photo que la broche centrale pouvayt toucher celle d'à coté quand les fils tiraient un peu !

De plus le fait d'avoir tout manipulé les connecteurs, j'ai eu un problème de masse qui s'est dessoudé et faisait mauvais contact !

Enfin bref,  j'ai tout repris au calme j'ai tout remis comme il fallait, j'ai changé le 4013 qui était mort j'ai changé le driver de et le MOSFET qui était mort aussi et après ça tout est rentré dans l'ordre mais j'avais toujours ce problème de de coupure lors de la mise en route.

J'ai quand même eu un doute sur cette histoire de coupure d'alimentation et j'ai mis un autre osciloscope avec des entrées différentielles dessus et là on ne voyait plus du tout ça et en fait j'ai compris que ce que je voyais c'était un petit défaut de ma sonde différentielle en n mode commun qui faisait que  quand il y avait  cette coupure brusque,  on voyait comme s'il y avait une coupure d'alimentation parce que le le le potentiel on va dire global en mode commun changait brutalement  !
C'était finalement une erreur de mesure !

J'ai regardé là mon système de commutation de la sortie qui est plutôt haute impédance et là je me suis dit que la variation brusque devait générer un parasite, il a suffit que je mette un condensateur en parallèle sur la résistance de pulldown pour  régler le problème.

Je l'ai soudé sur la résistance directement comme on peut le voir sur la photo.

Ttout est bien qui finit bien et une fois réglé ce problème de déclenchement tout fonctionnait parfaitement :)