Construction d'un testeur d'isolation galvanique: introduction

IMPORTANT ! Cette construction recèle des dangers électriques certains! N'entreprendre la construction que si le principe de fonctionnement et les risques sont bien compris!

LES TENSIONS ELECTRIQUES DE CE MONTAGE SONT MORTELLES ET RESTENT PRESENTES PLUSIEURS SECONDES APRES LA MISE HORS-TENSION! L'auteur décline toute responsabilité en cas d'accident ou d'incident survenant à la suite d'une erreur de manipulation, d'un montage erroné ou d'une mauvaise interprétation. Ce montage doit être réalisé par des personnes expérimentées, bien conscientes des dangers et possédant une formation et/ou une expérience suffisante! D'autre part, ce montage ne peut en aucun cas être utilisé pour tests sur des personnes humaines ou des animaux! Aucune utilisation possible de ce montage à des fins thérapeuthiques ne peut être envisagée. DANGER DE MORT !!

Préambule:

Pour le dépannage d'appareils à tubes, il peut être intéressant de pouvoir tester l'isolation de composants tels que transformateurs, condensateurs,... Pour cela, les multimètres ordinaires en position ohmmètre ne conviennent pas. La tension de test est trop faible, cela doit se faire sous tension élevée. D'où l'idée de la réalisation de cet appareil. On trouve ce genre de matériel dans le commerce, mais c'est assez cher pour l'amateur, qui ne l'utilisera que de temps en temps... Cet appareil est également bien pratique pour le dépannage des électro-ménagers, pour rechercher les fautes d'isolement (qui font «sauter» les différentiels!) Vue de ma réalisation. Milliamperemètre, afficheur LCD de la tension de sortie, potentiomètre de règlage, interrupteur et bornes de sortie. Le tout est monté dans un coffret PVC isolant, genre boîte de connexions électrique.

Il nous faudra:

- Une tension de sortie réglable. Ici, se sera de 200 à 1500 Volts. Cela sera suffisant pour tester les condensateurs, l'isolation des transformateurs et des connexions secteurs par rapport aux châssis des radios.

- Une limitation du courant de sortie, pour minimiser autant que possible l'impact d'un choc électrique!

- Un ensemble compact, pouvant être alimenté par piles ou batteries.

- Une protection de l'appareil contre les fausses manoeuvres, par exemple test sur un équipement sous tension...

Ceci sera donc réalisé avec une régulation à découpage. Les avantages de cette technique sont: un très bon rendement, une taille réduite pour le transformateur et pour le montage. Et puis, c'est l'occasion de s'essaier à ces montages! Note importante: on ne trouvera pas ici de description très détaillée de la partie «réalisation pratique» de mon montage. Juste le schéma et quelques explications... Pas de circuit imprimé, ni de recette toute faite! Il faudra expérimenter un peu... Une description complète serait trop dépendante des composants choisis: en fonction des disponibilités, la taille peut varier fortement.

Principe de fonctionnement du régulateur:

Pour une si petite puissance, une régulation type «flyback» convient très bien. Un transistor est commuté «ON» puis «OFF» par le circuit de régulation. Ce transistor est en série avec la bobine primaire L1 du transformateur. La bobine secondaire L2 est chargée par un circuit redresseur (diode), un «accumulateur» (condensateur) et par la résistance de charge.

Pendant la conduction du transistor («ON»), un courant s'établit progressivement dans la bobine primaire, et l'énergie s'y accumule.

Au moment du blocage du transistor («OFF»), l'énergie est transférée vers la bobine secondaire. La tension induite dans le secondaire est de polarité inverse à celle du primaire: effet de la self-induction de l'enroulement primaire. Sur ce schéma, les «départs» des enroulements sont dessinés en opposition (repérés par le point).

Dans ce genre de montage, il est plus juste de parler d'inductions couplées que de «transformateur».

La tension de sortie est proportionnelle:

- au rapport de transformation (nombre de spires secondaire / nombre de spires primaire)

- au rapport cyclique (temps «on» / temps«off»)

La bobine primaire est donc alimentée par des signaux carrés. La forme du courant qui y circule est trapézoidale. Pour une petite puissance comme ici, et pour avoir une régulation rapide, il faut que le courant dans la bobine primaire soit discontinu, c'est à dire que ce courant passe par zéro à chaque cycle. Pour cela, il faut opter pour un temps très court d'enclenchement (transistor «on»); soit un rapport cyclique faible. La fréquence de fonctionnement sera de l'ordre de 50kHz, permettant de réaliser un transformateur de petite taille. Pour ne pas utiliser de composants difficiles à trouver, et vu la très faible puissance en jeu, il sera possible de construire ce transfo sur un morceau de bâtonnet de ferrite d'antenne (diamètre 10mm, longueur 6cm)... Cela doit traîner dans les fonds de tiroir des collectionneurs de radios! Pour éviter trop de spires au secondaire, il sera fait usage d'un multiplicateur Greinacher après l'enroulement secondaire. Notons aussi que le courant de sortie de ce montage sera limité. On peut considérer ici que cette alimentation fonctionnera à vide. Le prototype était capable de fournir bien plus de courant, mais avec une chute de tension de sortie importante.

Choix du régulateur:

Le circuit principal de ce montage est un régulateur SMPS type UC3842. Le choix de ce composant s'est fait sur plusieurs critères:

- disponibilité: comme ce circuit est très utilisé, il est facile à trouver. On le retrouve dans beaucoup d'applications: magnétoscopes, moniteurs VGA, alimentations pour PC portables,... Il est de plus très bon marché !

- facilité de mise en oeuvre: ce circuit comprend toutes les fonctionnalités nécessaires: contrôle du courant, oscillateur, ampli d'erreur à haut gain, source de tension de référence, sortie prévue pour attaque directe du composant de puissance ...

Les caractéristiques techniques et une feuille d'applications pour cet exellent composant sont disponibles au téléchargement (gratuit) sur le site de Fairchild Semiconductor. Voici la structure interne de ce circuit.

La tension d'alimentation VCC (broche 7) est vérifiée. Au dessous d'un seuil de 16V (pour le UC3842 car il existe des variantes: 3843,44,...), la tension Vref est coupée par la circuiterie U.V.LO et SET/RESET. Ceci empèche le démarrage du circuit si la tension d'alimentation n'est pas conforme. La tension Vref (5V) est disponible sur la broche 8, et sera utilisée dans mon montage... Ensuite, on trouve un ampli d'erreur ERR AMP. Son entrée Vfb (broche 2) permet de comparer une valeur analogique à la tension de référence égale à 1/2 Vref. L'entrée COMP (broche 1) permet d'appliquer un signal d'erreur «tout ou rien» provenant d'un comparateur externe. Le troisième comparateur permet d'entrer une valeur de courant circulant dans l'élément de puissance via l'entrée CURRENT SENSE (broche3). Si cette entrée dépasse 1V, la sortie est remise à zéro. La fréquence de fonctionnement de l'oscillateur est fixée par une résistance et un condensateur connectés à l'entrée Rt/Ct (broche 4). La bascule PWM LATCH pilote la sortie, constituée de deux transistors. La sortie est mise à l'état «haut» par un flanc montant du signal d'horloge de l'oscillateur. La sortie sera remise à l'état «bas» soit par les comparateurs de tension, soit par le comparateur de courant ou encore par la logique interne LOGLC en cas de tension d'alimentation non conforme.

Ce circuit intégré contient (presque) tout ce qu'il faut pour construire une alimentation à découpage!

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