Construction d'un testeur d'isolation galvanique: principe
Schéma synoptique de principe:
Le centre du montage est le régulateur UC3842, qui pilote directement le transistor de puissance. La régulation de la tension est faite par un comparateur externe, qui bascule si la tension de sortie est supérieure à la consigne choisie.
La mesure du courant primaire est raccordée à une entrée spécifique du régulateur. Ainsi, le régulateur peut limiter le courant dans le transformateur. Mais cette mesure ne suffit pas dans notre cas: il est indispensable que le courant maximal en sortie soit limité en permanence à la valeur maximale autorisée quelque soit la tension règlée! Il faut donc prévoir un module supplémentaire , qui va mesurer en permanence le courant circulant réellement dans la charge. C'est le rôle du limiteur de courant, basé lui aussi sur un comparateur. Si le courant de sortie dépasse 100µA, la sortie du limiteur agira sur le régulateur via une connexion particulière de son entrée analogique «courant».
Le module de protection est destiné à ... protéger le montage en cas d'erreur de manipulation comme un test sur un équipement sous tension. Il s'agit de deux diodes haute-tension, d'un fusible HPC et de quelques composants passifs.
Il faut remarquer qu'il n'y a pas de séparation galvanique entre le primaire et le secondaire. Habituellement, les alims à découpage sont isolées. Si la sortie était de valeur fixe, on aurait pu l'envisager. Dans ce cas, les comparateurs seraient alimentés par un secondaire basse-tension séparé, et leur sortie piloterait un opto-coupleur de séparation. Mais ici, la tension de sortie peut varier fortement! Il n'est donc pas envisageable d'alimenter cette électronique ainsi. Il aurait alors fallu une seconde alimentation, fixe, pour générer les tensions d'alimentation des comparateurs. Comme on alimente par piles ici, ce n'est pas pensable, pour des raisons de consommation. La séparation des circuits n'est pas indispensable pour cette application mais... à la condition de n'utiliser pour l'alimentation que des piles ou accumulateurs! Ainsi on est isolé de toute référence de potentiel par rapport à la «terre». Si on alimente ce circuit par une alimentation de labo, dont un des pôles est connecté à la prise de terre (c'est fréquent avec les alims de labo), le risque est l'électrocution en touchant d'une seule main n'importe quelle sortie de test, ou n'importe quel composant de la partie «haute-tension»! Le montage présenté ici est alimenté par deux piles ou accus de 9V connectés en série.
ATTENTION! Bien qu'alimenté par piles, ce montage génère une tension de sortie élevée! Toucher les deux conducteurs ou bornes de sortie est particulièrement dangereux!
Les composants sont très courants. Le V-MOS de puissance est un IRFBC40... parce que je l'avais sous la main! Tout autre transistor similaire peut convenir. Les 2 comparateurs de tension sont des circuits spécifiques rapides, type LM311 très faciles à se procurer. La datasheet complète de ce circuit est disponible sur le site de National Semiconductor (Fichier PDF). Les diodes de redressement sont des BYM26E. Le suffixe E est très important: seules ces versions supportent une tension inverse de 1kV, ce qui garantit une marge de sécurité: chaque diode sera soumise à une tension inverse maximale de l'ordre de 750V. Les condensateurs du multiplicateur secondaire seront choisis robustes! La tension de service sera au minimum de 1kV. Les diodes de protection de sortie doivent résister à une tension inverse de 2kV au strict minimum. 4kV est une bonne valeur, ainsi ces diodes résisteront mieux aux fausses manoeuvres (test sur une haute-tension présente).
Seul le transformateur est à fabriquer soi-même.
Le noyau utilisé est un morceau de bâtonnet de ferrite, 10mm de diamètre et 6cm de long. Deux rondelles de bakélite placées à 45mm l'une de l'autre servent d'arrêt. Les colliers de support et d'arrêt des rondelles sont des «curseurs» provenant de vieilles résistances ajustables de 5W. Le secondaire est bobiné en premier lieu, et est constitué de 770 spires de fil émaillé de 35/100. On place d'abord une couche d'isolation sur le ferrite, puis on bobine 100 spires. Nouvelle couche d'isolation, puis seconde couche de 100 spires... et ainsi de suite, avec entre chaque couche, une feuille d'isolant. La dernière couche du secondaire est constituée de 70 spires. Le primaire sera bobiné au dessus. Il comprend 65 spires de fil émaillé de 5/10. Ne pas oublier l'isolation entre primaire et secondaire, ainsi qu'une isolation de protection extérieure du primaire!
Ce transformateur à une inductance de 225µH au primaire et 25mH au secondaire. Attention, les colliers de fixation doivent être isolés sinon ils forment une spire en court-circuit! J'ai intercalé une rondelle isolante et utilisé des vis en plastique.
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