VFD: La tension de sortie d'un transformateur n'est pas une constante!
Préambule
Si vous avez l'occasion de vous pencher sur les derniers articles concernant les "Vaccum Fluorescent Display" (FVD) alors vous savez que trois tensions sont nécessaires:
- 5V pour la logique.
- -24V pour les grilles.
- 5V isolée pour l'alimentation du filament.
Je me tourne donc vers la réalisation d'une alimentation à multiples tensions de sorties. Je recherche donc quelques transformateurs 220V AC...
Les transformateurs
Mon premier transformateur est un BV302D06023 de Zettler Magnetics.
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| BV302D06023 de Zettler Magnetics |
- Voltage - Primary: 230V
- Voltage - Secondary (Full Load): 6V
- Current - Output (Max): 383mA
- Primary Winding(s): Single
- Secondary Winding(s): Dual
- Center Tap: No
- Power - Max: 2.3VA
Mon second transformateur BV302S24012 toujours de Zettler Magnetics.
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| BV302S24012 de Zettler Magnetics |
Dont voici les caractéristiques principales:
- Voltage - Primary: 230V
- Voltage - Secondary (Full Load): 24V
- Current - Output (Max): 50mA
- Primary Winding(s): Single
- Secondary Winding(s): Single
- Center Tap: No
- Power - Max: 1.2VA
Les premières mesures = surprise
C'est en commençant mon petit montage de test que je m’aperçois que la tension de sortie des transformateurs ne sont pas celles attendues.
C'est encore pire pour la sortie 24V AC atteint 50V DC!!! Outch!
Que se passe t'il ?
Et bien c'est simple, la tension de sortie du transformateur varie en fonction du courant de charge.
D'ailleurs, la tension secondaire est indiquée pour la plein charge (comme le mentionne l'indication "Full Load".
Etant donné qu'il n'y a pas de charge sur l'alimentation, il est normal d'avoir une tension de 10.44V AC supérieure aux 6V AC attendus.
La tension de 13V DC s'explique parce que le condensateur lisse la tension à la tension de pic (Vpeak) de la sinusoïde.
10.44V AC est une tension Vrms. Pour obtenir la tension de pic, on applique la formule suivante:
Vpeak = Vrms * 1.41
Donc VPeak = 10.44 * 1.41 = 14.74 V auquel il faut soustraire 2 * 0.7V de chute de tension dans les diodes (0.7V par diode).
Donc, la tension de pic aux bornes du condensateur est donc de 14.74 V - 1.4 = 13.34V et sera la tension lissée par le condensateur.
Note:
- Pour la régulation 5V avec un L7805, la tension d'entrée de 13V DC ne sera pas un problème!
- La tension de 50V sera un problème car le régulateur MC79L24 accepte un maximum de -40V!
Réduire la tension de sortie du transfo 24V
Comme précisé, le transformateur 24V produit une tension redressée de 50V DC.
C'est principalement parce que la tension de sortie à vide du transformateur est de 37V AC.
Une façon de réduire la tension de sortie est de mettre le transformateur en charge avant d'effectuer le redressement. Cela tombe bien, j'ai une résistance de 330 Ohms 5W sous la main.
Utiliser cette résistance fera circuler un courant dans le transformateur et abaissera la tension de sortie AC. Mais quel sera cette tension ?
Le transformateur dispose d'une puissance de 1.2 VA (Volt-Ampère).
Donc 1.2 VA = Usecondaire * Isecondaire
Or, comme la résistance sera branchée directement sur la sortie du transformateur on peut aussi écrire
Usecondaire = R * Isecondaire
Usecondaire = 330 * Isecondaire
En substituant dans la Usecondaire dans la formule de la puissance nous obtenons:
1.2 = 330 * Isecondaire * Isecondaire
Donc Isecondaire = SQRT( 1.2 / 300 ) = 0.063 A ou 63 mA.
Maintenant que le courant est connu, il est aussi possible de déterminer la tension sur le circuit secondaire.
Usecondaire = 300 * Isecondaire = 330 * 0.063 = 20.87V AC Vrms
Après contrôle, la tension de sortie est mesurée à 21.8V... car la résistance ne vaut pas exactement 300 Ohms.
Tension redressée
La puissance de 1.2 VA se calcule sur des valeurs Vrms.
Les 20.87 V AC déterminés par calcul seront donc en Vrms.
Puisque la tension a été mesurée à 21.8V, la suite réutilisera cette dernière valeur.
La tension de pic sera Vpeak = Vrms * 1.41 = 21.87 * 1.41 = 30.73 Volts.
Il faut y soustraire la chute de tension des diodes (2 * 0.7V), ce qui donne une tension Vpeak de 30.73-1.4 = 29.33 Volts aux bornes du condensateur.
La tension lissée sera de 29.33 V DC (mesuré à 29.7 VDC), pile dans les spécifications du régulateur -24V :-)
Puissance dissipée dans la résistance
Le courant circulant dans la résistance de 330 Ohms produit un échauffement.
Puisqu'il s'agit d'une tension alternative, la puissance dissipée par une résistance se formule comme suit: P = R * I² = 330 * 0.063² = 1.3 W
La température de la résistance monte assez vite et se stabilise autour de 70°C~75°C à l'air libre (même pour une résistance de 5W).
Cela chauffe vraiment beaucoup... même si l'on reste dans les tolérances de puissance de la résistance.!!!
Augmenter la surface d'échange ne serait pas du luxe.
Puissance consommée sur le transformateur 24V
La tension de -24 V produite sert principalement à la polarisation des grilles du VFD. Il n'y aura donc pas de courant significatif consommé sur ce circuit.
La résistance de charge de 330 Ohms reste donc un élément indispensable de ce circuit.
Cela représente quand même une puissance dissipée en chaleur de 1.3W ! Pas franchement idéal!
Je vais voir si une cascade de Villard (multiplicateur de tension) ne serait pas plus indiqué!
A tout bientôt pour la suite.
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