ALIMENTATION 5V "Deluxe" Pour équipement USB

[Yuli_35]

Bonjour à tous,

C'est là que ca se passe maintenant.


Historique :
Sur un autre post nous avons évoqué le fait de potentiellement être interessé pour faire une petite alimentation pour des équipement USB raccordés a nos PC et qui sont alimentés par le dit PC.
Cette alimentation pourra servir a tout équipement USB (en théorie). Chez moi je l'envisage pour mon OSCILLOSCOPE, mas carte SON, mais on peut aussi imaginer tout plein d'autres périphériques.

Liens :
évocation de l'alim dédiée pour une carte son USB (EMU-204 que Alkasar et moi même avons)
diy-general/generateur-de-signaux-carres-t30031605-30.html

le Projet :
C'est simple ..; faire une alim 5V qui fera mieux que ce que le controleur USB du PC pourra faire, et surtout réduire la logueur des cables USB ... qui n'arrangent pas les choses en général coté qualité de l'alimentation.

contribution d'ALKASAR : (le schéma global)

j'avais commençé à réfléchir à ça pour mon emu: une sorte de "hub" usb 1 port dont je maitrise l'alim et le cablage.


je suis un peu charrette en ce moment, mon chef de projet diy me met la pression sur d'autres sujets;) Tu veux pas étudier ça Gilles ? toi qui maitrise les alims tl431+ballast, c'est top facile pour toi
500mA c'est déjà largement suffisant. Au delà, le transfo devient surdimensionné.

Contribution de YULI_35 : La partie alimentation pure.
Voilà l'alim la plus simple avec tl431. (version 1 sans protection)

[tcli]

Bonjour,

Je vais suivre ce post avec le plus grand intérêt..

Juste quelques remarques/pistes plus ou moins dans le désordre qui doivent constituer à peu près tout ce que je sais sur ce sujet

1) L’impédance de sortie du LM317 de base est plutôt très bonne :

LM317imp.png (49.99 Kio) Vu 8602 fois

0.009ohm au mini , mais n'est pas constante sur toute la bande audio, mais même à 10K c'est encore très bon.

2) La rejection des oscillations ligne a été optimisé pour du 100-120Hz :

LM317rip.png (44.28 Kio) Vu 8602 fois

Parfait si on a une alim linéaire, pas forcement très bon avec une alim à découpage

3) Voici la regul utilisé sur l'ampli DIYaudio MyReffreemen :

MyrefCfreemen.png (10.45 Kio) Vu 8602 fois

Simple et assez efficace.
J'utilise une version allégée sur mes amplis : je n'ai pas le transi de sortie, car j'ai en fait rajouté le LM317 monté en générateur de courant à un circuit resistance/zener préexistant. C'est une modification simple (remplacement de la résistance par un petit montage LM317/résistance ) qui peut être fait sur tout montage disposant d'une classique régulation par zener.


4) Beaucoup de choses intéressantes à lire dans cette série de 4 articles :
http://www.acoustica.org.uk/t/3pin_reg_notes1.html, en particulier le dernier :
http://www.acoustica.org.uk/t/3pin_reg_notes4.html qui montre un schéma simple et très performant....
J'aime bien aussi le 3eme qui explique que des capa low ESR , c'est pas toujours souhaitable partout : calcul et mesure a l’appui.

[Yuli_35]

Hello,

Je vais tenter de répondre aux différents points.

1) L’impédance de sortie du LM317 de base est plutôt très bonne :

Oui c'est vrai, mais cela est le cas optimal, pour 500mA de courant débité.
Si on est dans des courants plus faibles cela change pas mal.
et même ca devient bien moins bon si on est en dessous de 100mA il me semble (A vérifier)
Je ferais tout a l'heure le comparaison a la simulation entre l'alim avec TL431 et LM317 si j'arrive a retrouver le modèle spice su LM317 pour tina.

Autrement je ne sais pas comment mesurer l'impédance de sortie d'une alim, mais je pense qu'avec le TL431 monté ainsi on est hyper bas.
Le facteur limitant c'est le gain en courant du transistor. Si on met un MOS potentiellement on peut n'a pas de limite (a part celle du SOA du MOS)

2. pour la réjection de l'alim .... je vais poster des truc cet après midi.... en tout cas on fait carrément mieux que le LM317. on est a -100dB !!! mais sur un specter bien plus large que le LM317.

3. Pour ton montage avec gene de courant LM317 + Shunt avec Zener, il faut que je regarde en détail. il y a un facteur limitant (SOA du LM317), mais c'est pas trop le problème ici.

4. Les schéma proposés dans ton lien sont a priori excellents. A étudier en détail (je vois quand même 5V de headroom)

Pour info l'alim que j'ai proposé utilise un Darlington, et ne nécessite potentiellement que 2-3V de headroom (en théorie beaucoup moins si on a un COndo en amont quasi infini et un transfo quasi infini.
Je vais bosser les simulations et poster tout ca, avec des explications (a mon niveau).

a+ Gilles

[Yuli_35]

Bon aller c'est parti

Le schéma de l'alim avec la protection en courant :


comment ca marche ???
si la tension aux bornes de la résistance de 1Ohm dépasse 0.6V le transistor BC 327 va faire passer du courant dans son emetteur ce qui aura pour effet de faire croire au TL que la tension de sortie trop importante, donc le TL va compenser a la baisse .... et va donc réduire la tension de sortie et par effet de bord limiter le passage du courant.
On pourra jouer sur la résistance de 5kohm pour accélerer le processus si besoin.
Dans le cas présent la limitation en courant opére a prtir de 600mA- 700mA.
On peut réduire cette valeur de seuil en augmentant la résistance de 1Ohm .... et en la passant à 2 ohms ... dans ce cas la limitation en courrant commencera a partir de 300-350mA.

Comportement en fonction de la température :

Si la température augmente ... quelle est la tension que l'on est en droit d'attendre en sortie de la régulation ???
je pense que c'est assez clair.
Je ne me suis pas amusé a optimiser les valeurs des résistances de la CR du TL431 de manière a avoir pile poil 5V à 25°C, mais c'est tout a fait faisable.

RIPPLE REJECTION :
Cas N°1 : On débite 500mA.
ici il faut lire l'atténuation des perturbations de l'alimentation en DBV.
En clair on atténue de -90DB de 0 - 200-300Khz !!!



Cas N°2 : J'ai repris l'alimentation
Ici on a fait varier la charge en sortie de l'alimentation.
J'ai fait varier la charge de 10Ohms a 1Kohm.... On peut dire que c'est pas mal ... ca change très peu.



Cas N°3 : J'ai remplacé le TIP, par un MOS
C'est encore mieux que précédemment, mais ca bouffe plus d'énergie. le gain n'en vaut pas la chandelle.



Cas N°4 POUR ALKASAR

D'ailleurs Gilles, sur le schéma tu as retiré une des particularités de ce qui a été fait sur l'alim pour la squeezebox, un RC sur le TL431 qui diminue significativement son bruit. Retiré à desseins ?

Yes Sir ... Rétiré pour simplifier le schéma.
Si je refais le même type de schéma que pour la squeezebox, alors on obtient le résultat ci-dessous.
En virant le RC en question et en mettant un condo de 10µFsur la 2kohm on améliore notablement le résultat en simplifiant les choses. (voir précedemment.


CAS N°5 : Maintenant si on veut faire un peu plus compliqué .... et encore meilleur on fait ca :

et ca donne ca:


Bon Je vais cherher de quoi faire pareil avec un LM317 pour regarder le comportement théorique.

[alkasar]

Démarrage en fanfare
Pourquoi alim deluxe ? c'est une alim pour un appareil USB censé avoir des régulateurs 3V3 derrière. Dans ce contexte de pre-reg, pas besoin d'un avion de chasse. Un excellent ripple rejection, le moins de bruit possible, un peu de fun pour éviter de retomber sur un bete régulateur à trois pattes. J'ai récemment défriché le même sujet hormis l'usb diy-alimentations/alimentation-5v-pre-reg-t30031148.html.

Ici pour l'usb, faudra surtout faire un pcb et un cablage soigné pour pas mettre de bazar.

On peut dévier sur "quelle est la meilleure alim 5V possible", c'est un super sujet et ça me va aussi
sinon, j'ai pas vu chez acoustica une ruse classique du lm317 : utiliser une zener à la place de R2, voire leds + diodes pour encore moins de bruit.

ps: pas oublier un filtrage emi secteur genre ça http://fr.mouser.com/ProductDetail/ACM7 ... 2b1bxzeW83

[Yuli_35]

Pour ne pas vous bullshitter voici quelques mesures faites sur mon ampli,
ALIM 35V non régulée qui alimente une alim de type TL431 comme précédemment.

voilà ce qu'on voit !
la 35V toute seule le bruit (on voit bien le redressement.)


La THD de l'alim 35V: de 0 a 3Khz


L'alim 15V ... son bruit (échelle 5mv !!!)


THD de 0 à 3Khz

Pour TCLI ... aucune fréquence n'a une amplitude supérieure a 10µV - on est a la limte de ce que mon oscillo peut voir !

THD de 0 à 30khz

Pour TCLI ... aucune fréquence n'a une amplitude supérieure a 10µV - on est a la limte de ce que mon oscillo peut voir !

THD de 0à 300Khz

Pour TCLI ... aucune fréquence n'a une amplitude supérieure a 10µV - on est a la limte de ce que mon oscillo peut voir !

[Yuli_35]

Hello Alain,

Oui je l'ai apellée "Deluxe" parce que ca sonne mieux que "DE MxRDE"
Sérieusement Ce sera meilleur qu'une régul classique a 3 pattes.

c'est une alim pour un appareil USB censé avoir des régulateurs 3V3 derrière. Dans ce contexte de pre-reg, pas besoin d'un avion de chasse

EFFECTIVEMENT, mais c'est en supposant que le PC qui sort le courant est "clean".
et DONC il y a un gros MAIS.... C'est pas parceque l'on a un bon régulateur que ca va améliorer ce qui entre dans le régulateur.
et comme je dis souvent "cheat in = cheat out !"

en clair si l'alimentation venant du PC est moyenne suivant certaines plages de fréquences, alors quelque soit la qualité de ton régulateur il ne pourra pas recrée ce qui n'existait pas au départ.

En clair la régul est peut être overkill, mais surtout là on va faire une alime qui balancera le courant comme il faut, et du bon courant .. pas haché a 70Khz comme ce qui sort de l'alim a découpage de mon PC portable. .
Pour faire du bon courant ... il faut un pont de diode de base et un bon condo LOW ESR et c'est tout.

Mon expérience sur la squeezebox m'a fait pas mal réfléchir à ces notions, et mes oreilles me disent, Bon courant + Bonne régul = CA MARCHE mieux.

Comme je l'ai indiqué le premier schéma est largement suffisant et c'est pour cela que l'option "cas 5" rajoute encore des composants pour un gain faible et qui pour le coup revient a ce que tu a mentionné sur le contexte préreg.

My 2 cents Gilles.

[alkasar]

les résultats du premier sont déjà top

ca passerait avec un transfo 6Vac ?
6 * 1.4 - 1.2 = 7.2V dc
500mA= drop max de 0.5V dans R 1ohm. Reste 1.7V pour le Vce du cheriton. ca devrait suffir, non ?

[CIU]

Bonjour,

L'alim de base est "un peu " inspirée de celle de Philby ...

http://phil.charlet.free.fr/dac/alims.html

R.C.

[tcli]

Bon aller c'est parti

Résultat très bon. Il se passe un truc vers 8Mhz , il serait bon de comprendre d'où ca vient.

[Yuli_35]

Hello ciu,

Oui Phil a fait le même type d'alim.
Il est a noter que je ne suis pas l'inventeur absolu de ce genre d'alim - ce type de schéma existe depuis la nuit des temps.
C'est JCB qui me l'a proposé lors d'un projet d'alimentation pour une squeezebox Touch.
ici : http://www.passiondiy.fr/forum/viewtopi ... 7&start=60


Hello Tcli,

Oui le truc a 8Mhz est une "oscillation" que l'on voit a la simulation, dans les faits avec le 10nF j'ai pas réussit a rendre l'alim instable, et j'ai testé avec 1MHZs en signal carré, ce qui fait que j'avais bien au-dela des 1Mhz.
je sais je suis taré ... j'avais branché mon générateur sur la base d'un totor qui était relié a l'alim et a une charge

C'est le 10Nf qui fait un POLE (au niveau de la simulation)
Pour info quand on ne mets pas de capa dans la CR du TL431, a la simulation c'est impeccable, par contre ca oscille direct dans la réalité.
un 1nf n'est pas suffisant. C'est pour cela que j'ai mis un 10nf dans la vraie vie. dailleurs sur les datasheet avec des darlingtons il est conseillé de mettre un 10nF.
La simulation a ses limites, et surtout les PCB on des capa indésirables qui foutent la grouille.

Autrement

J'ai simlé un LM317, On n'est pas dans le même ordre de grandeur.
le schéma utilisé est celui recommandé par TI (avec le 10µF pour aider a la rejection de l'alim. (je n'ai pas tenté d'amoidrir les perf du LM317).
ici on sort du 5V ... et pas du 15V comme dans le datasheet !
ca donne le truc ci-dessous pour du 500mA. La courbe rouge c'est le LM317, la courbe Verte c'est là régul avec TL431.


De ce que j'ai vu ... Ton schéma avec le LM317 + shunt avec diodes est excellent a la condition que la charge ait un comportement constant.
Je vais regarder de plus près ... j'ai du rater un truc.

a+ Gilles.

[tcli]

J'ai simlé un LM317, On n'est pas dans le même ordre de grandeur.

C'est très clair

De ce que j'ai vu ... Ton schéma avec le LM317 + shunt avec diodes est excellent a la condition que la charge ait un comportement constant.
Je vais regarder de plus près ... j'ai du rater un truc.

Le montage avec source de courant, a une limite en courant de sortie qui est celle du courant de la source (et ca doit se dégrader même un peu avant).
Si tu a le temps (et l'envie) , j'aimerais bien que tu simules aussi le dernier schema en bas de la page : http://www.acoustica.org.uk/t/3pin_reg_notes4.html

[Yuli_35]

Bon voilà j'ai simulé et comparé les 3 alimentations.



On peut dire qu'elles sont toutes bonnes d'un point de vue réjection de l'alimentation.
celle d'acoustica est la meilleure de toute pour tout les bruits inférieurs à 40Khz.

il est a noter que l'on peut encore améliorer la solution ACOUSTICA... en mettant un 10µF en parallèle du potar de l'output adjust (comme recommandé dans les datasheet des LM317.)
voila avant et après la mise en place du condo de 10µF. c'était bien et ca devient encore mieux !


il est aussi a noter que les alimentation se comportent mal a la simulation dès que l'on commence a leur mettre des charges capacitives en sortie ... ATTENTION j'ai dit a la simulation (on voit des oscillations possibles).

Maintenant si on regarde d'un point de vue énergétique, la solution TCLI et la solution acoustica, brulent beaucoup d'énergie pour rien.
Pour obtenir les résultats précédents il a fallu que j'augmente la tension d'alimentation a 15V (a la place des 8V) pour obtenir un 5V et 500mA en sortie.
je viens même de m'appercevoir que j'avais pas corriger le courant arrivant sur le TL (en fait le TL fait encore mieux mais on va pas se battre.)

Coté stabilité lié a la charge ca varie assez peu dans les trois cas.

bon voilà....

[Yuli_35]

Oui Alkasar,

un 6VA en 6VAC devrait être bon pour le besoin. (explication ci-après)

Mon calcul ... 6VA == 6Watts mais en réalité ... c'est plutot 4.8W car on exploite pas un transfo a 100% de sa capacité. (J'ai pris 80%)

donc si on fait une alim qui sort au max 0.5A en 5V - sachant que le transfo sortira une tension redressée de 8.4V * 500mA = 4.2W (besoin en sortie du transfo)
donc un 6VA cela passera (le transfo sera a 70% de sa capacité quand on débitera 500mA dans la charge).
Je ne suis pas un expert en dimensionnement, mais j'ai tendance a dire que ce sera ok... et surtout avec un petit transfo comme ca on s'assure que l'on ne pourra avoir plus d'un certain courant et on pourrait ainsi s'éviter la sécurité que j'ai proposée ci-dessus. J'aime pas trop cette manière de faire, mais j'ai déjà vu ca sur des montages ou la limitation en courant venait du dimensionnement du transfo.

tout ca pour dire .. un 6VA /6VAC ca doit passer avec un darlington.

a+ Gilles.

[alkasar]

eh bien, que de graphes
Le premier schéma me va déjà bien. Le cas n°5 c'est 1 résistance et 1 condo de plus. On peut aller jusque là je pense...
J'ai un bdx53C dans mes stocks qui va sans doute bientôt servir.


pour le dimensionnement du transfo, on peut pas directement comparer W et VA. Faut tenir compte du courant max que doit délivrer le transfo, qui lui même dépend de la charge mais aussi du transfo, des condos de tête et des diodes de redressement. Quelques explications ici http://www.elektor.fr/forum/forum/forum ... 1014.lynkx
au final, marge généreuse incluse, je suis pas loin de ton estimation.

j'ai fait une simu avec psu-designer. Transfo moulé 6V a disposition. Rs=6,7ohm. Un panasonic FC 1000µF/25V a une ESR = 0.035ohm. Pont redresseur quelconque. Dans ces conditions, j'obtiens Ipeak/Icontinu=2,3
pour 500mA, ca nous donne 1,15Apeak
Avec le facteur qui tient compte de la saturation réelle du transfo, 1,15 / 2,2 = 0,52Aeff. Un transfo 3,2 VA suffit. Avec 20% de marge 3,9VA.
Sans le facteur "Ibre" : 1,15/1,4=0,82Aeff. Un transfo 4,9VA est bon. A t on besoin de rajouter de la marge au dessus de la marge constructeur ? si on est généreux et qu'on rajoute à nouveau 20%, on arriverait à 5,9VA.

On trouve pas facilement des 6VA moulés. 5VA devrait être raisonnable car la conso de la carte son est sans doute loin des 500mA max de l'USB.