Alimentation à commutation
R.A.I.D. sur les alimentations à commutation
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R.A.I.D. sur les alimentations à commutation pour obtenir 100A
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Le terme RAID provient du monde de l'informatique (et accessoirement du monde militaire ou des femmes qui achètent tous les paquets de papier WC en temps de corona). RAID veut dire: Redundant Array of Inexpensive Discs, et c'est la même chose que nous allons faire ici.

Les disques durs d'un serveur sont organisés de telle manière qu'on peut perdre un disque sans que les données ne soient perdues (le serveur peut continuer à fonctionner, mais à puissance réduite). On remplace alors le disque et le système intègre automatiquement le nouveau disque dans l'organisation RAID. Plus d'informations sur le système RAID.

Pour obtenir un courant de 100A sous 12V on peut acheter une alimentation (mais elle sera fort chère). Le but ici est d'arriver au même niveau de protection qu'un système raid. On va donc acheter une bonne dixaine d'alimentations identiques de 10A pour arriver à la puissance voulue. On trouve tout plein de petits blocs d'alimentation 12V/10A utilisés dans certains écrans LCD, alimentations de portable, etc.

Mais brancher toutes les alimentations en parallèle pour arriver au 100A va poser des problèmes. Dès qu'on augmente la charge, le système devient instable. On n'arrive pas à la moitié de la puissance des alimentations individuelles.

Les alimentations ne fournissent pas exactement la même tension. 12.05V, 12.12V, 12.07V, et ainsi de suite. La tolérance dans les tensions de sortie est d'environ 5%, donc un peu plus de 0.5V. Dès qu'on met les alimentations en parallèle les problèmes commencent. L'alimentation qui fournit la tension la plus élevée va alimenter les autres alimentations, et les autres alimentations vont se déclencher (puisque leur tension est dépassée).

Quand on branche une charge, c'est d'abord l'alimentation qui fournit la tension la plus élevée qui fournit le courant, mais quand elle est surchargée elle s'arrête. C'est alors une autre alimentation qui prend le relais. On a ainsi une suite d'alimentations qui s'enclenchent et se déclenchent. La tension n'est pas stable et la puissance nominale ne peut pas être atteinte.

Ne serait-il pas possible de créer un système "From each according to his ability, to each according to his needs" (pour citer Karl Marx)? Le but est que chaque alimentation fournisse environ le même courant, et que les différences de tension soient effacées.

En quelque minutes, j'ai dessiné un petit schéma. Pour chaque alimentation, on ajoute un petit circuit qui se compose d'un a-op avec un transistor et quelques résistances. Un dernier petit circuit fait la moyenne de la consommation.

Nous avons par alimentation une mesure du courant avec une résistance de très faible valeur. Un a-op va amplifier cette tension et le second a-op va comparer le courant propre à la moyenne des courants et mettre le transistor plus ou moins en conduction.

Un circuit définitif a ensuite été réalisé selon le schémà à gauche en bas. Chaque alimentation fournit le courant à l'entrée +PS et -PS (ce sont des entrées indépendantes) et il y a une sortie commune COMMON+ et COMMON-.

On utilise 12 alimentations de 10A (3 sont gardées en réserve) pour avoir une légère réserve de puissance. Il y a donc 12 circuits de régulation. Même à 100A les alimentations ne doivent fournir que 8.5A.

La mesure du courant se fait via une résistance de 0.01Ω, avec le courant maximal de 10A on a une chute de tension de 0.1V. Cette tension est amplifiée par le premier a-op jusqu'à une tension de 2.2V. La sortie va à l'entrée positive d'un second a-op, mais également à une ligne commune qui fait la moyenne des tensions.

Le second a-op reçoit sur son entrée positive une tension en rapport avec le courant débité par l'alimentation propre, et sur son entrée négative la moyenne des tensions et commande un transistor P-MOSFET qui peut fournir une courant de 50A avec une résistance interne de 0.06Ω. Il est également possible de réaliser le circuit avec un N-channel MOSFET si on modifie le schéma. Les N-mosfet ont généralement de meilleurs caractéristiques, mais esthétiquement le schéma était plus beau avec des P-mosfets.

Tous les a-ops sont alimentés par l'alimentation à commutation propre, pas par la sortie commune.

Nous avons en plus un petit a-op qui agit comme un simple tampon. Cet a-op reçoit son alimentation de la sortie COMMON.

Il y a un diviseur de tension 4.7/100k pour que le transistor ne réduise le courant que si le courant propre dépasse de 5% la moyenne des courants. A la puissance maximale, cela fait un courant de 8.75A pour cette alimentation.

Un petit condensateur va améliorér la régulation en faisant de sorte que l'ondulation résiduelle de l'alimentation correspondante n'influence pas le fonctionnement du système. Le second a-op ne fonctionne pas en comparateur, mais en amplificateur avec un gain limité pour avoir un système stable.

Il y a une résistance de 10Ω en parallèle sur chaque transistor. Non pas pour réduire sa dissipation, mais pour permettre un démarrage de l'ensemble. Chaque alimenation va fournir un léger courant, qui sera mesuré et qui permettra d'amorcer le système.

Cette résistance a reçu par après une diode (placée dans le sens de la conduction). Quand une alimentation va en cours-circuit elle ne tire pas la tension totale evrs le bas. En cas de cours circuit, il n'y a plus d'alimentation pour le transistor correspondant et cette partie est isolée du reste.

Cette diode permet également un controle manuel que chaque alimentation est encore bonne (mesure à effectuer en charge partielle avec une ampoule de 12V de voiture sur chaque entrée de module).

Le montage complet peut absorber une différence de tension de 0.5V. La tension de sortie est environ à la tension de l'alimentation qui fournit la tension la plus basse. Le 0.5V est dissipé dans le transistor mosfet. Chaque transistor a un petit radiateur pour dissiper une puissance de 5W.

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