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Testeur alim 002
Dernière mise à jour : 16/04/2008Présentation
Ce montage est un peu plus compliqué que le testeur d'alim 001, mais il reste de type passif et ne nécessite donc aucune alimentation propre. Il permet de vérifier la présence de tension sur une bien plus large plage, puisque cette dernière s'étend de 5 V à 600 V. Plusieurs leds permettent d'apprécier l'ordre de grandeur de la tension mesurée.Avertissements
A lire impérativement avant de continuer. Tout montage alimenté par le secteur présente des risques mortels, si un minimum de bon sens n'est pas respecté. Les montages décrits ici ne possèdent pas de transformateurs d'isolement, et présentent donc un danger supérieur.Attention, montage uniquement testé sous 230 Vac (310 V crête), pas testé sous 600 Vdc.
La problématique
Il est très facile de réaliser un appareil doté d'une petite led qui s'allume quand on lui applique une basse tension. Une simple résistance associé à la led suffit en effet pour limiter le courant qui traverse la led, à une valeur raisonnable. Mais la valeur de la résistance est forcement fonction de la tension, et si l'on veut surveiller une tension dont la valeur n'est pas connue avec précision, on se trouve face à un petit problème. Certes, on peut utiliser une led haute luminosité, qui brille bien quand elle est parcourue par un courant de 1 mA et qui brille très fort quand 20 mA la traversent. Cela permet de surveiller une plage de tension assez large, genre 5 V à 24 V avec une résistance unique et fixe de 1 Kohms. Cependant, il est plus sage de conserver un courant constant dans la led pour limiter les écarts importants de courant lorsque la tension varie de quelques 10 V à 30 V, ce que permet par exemple le schéma suivant (dont le fonctionnement est détaillé à la page Alimentation d'une led) :
Ce montage permet d'avancer un peu, mais il ne permet pas de vérifier des tensions très elevées, car un transistor FET n'aime quère des tensions très élevées. On peut bien sûr faire appel à un montage actif doté de sa propre alimentation, car dans ce cas, rien de plus simple que d'atténuer et d'ecrêter la tension d'entrée à une faible valeur et de l'amplifier ensuite suffisement. En procédant ainsi, on peut sans difficulté surveiller une tension de 2 V à 500 V. Mais j'avais vraiment envie de disposer d'un montage entièrement passif et capable de digérer toute tension comprise entre 5 V et 600 V. Et mine de rien, ce n'est pas si évident que ça. Le schéma qui suit montre une façon de faire pour vérifier la présence d'une tension comprise entre 3 V et 600 V, et qui peut constituer une base de départ.
Le principal problème avec ce genre de montage, concerne la dissipation de la puissance qu'on ne souhaite pas transmettre à la led, et qui est d'autant plus élevée que la tension d'entrée est elevée. D'une façon grossière, on pourrait estimer que la puissance dissipée par ce montage pour une tension de 600 V en entrée, est voisine de celle que l'on aurait à dissiper avec une simple résistance en série avec la led. C'est à dire :
P = UI = (600 - 4) * 0.003 = 1,8 W
(led avec tension directe de 4V et courant de 3 mA)
Cette puissance n'est finalement pas si importante, et on peut se dire qu'il y a pire. Mais il y a un hic. Le montage proposé n'est pas aussi passif qu'une simple résistance, et le courant dans les diodes D2 et D3 atteint 60 mA pour cette tension d'entrée de 600 V ((600 V - (2 * 0,75 V)) / 10K). Ce qui provoque une dissipation de puissance de :
P = UI = (600 - 1,5) * 0.06 = 36 W
Oups !
Même si cette valeur est obtenue en régime établi et avec une source de tension continue, ça commence à faire...
Ceci dit, je m'en accomode et me dit que le montage n'est pas fait pour une surveillance en continu, mais juste pour une vérification ponctuelle. La résistance R1, qui va devoir chuter une forte tension et dissiper toute cette puissance, pourra être constituée de trois résistances séparées montées en série, pour répartir la puissance et la tension à ses bornes. Car n'oublions pas non plus qu'une résistance classique n'accèpte pas plus de 300 V à ses bornes ! En bref, cette résistance (ou combinaison de résistances) R1 n'aura pas trop le temps de chauffer si on limite le temps de connexion du montage sur la source de tension à tester, pendant quelques secondes seulement. Maintenant, autre difficulté, celle de trouver un transistor qui ne va pas claquer dès le premier test. Facile ! allez vous dire. Il suffit de choisir un transistor acceptant des tensions élevées, tel que ceux que l'on employe dans les téléviseurs couleur avec tube cathodique, tel que le très célèbre BU508. Oui, pourquoi pas. Un bon gros pavé tripode à côté de grosses résistances de puissance, ça ne dépareille pas trop... Mais j'ai tout de même deux points qui me trotent dans la tête : coût de revient du testeur, et courant nominal de fonctionnement : un transistor de puissance capable de commuter des courants de 5 A sous 800 V, et qui possède un faible gain, convient-il pour allumer une led sous un courant de quelques mA ? Que faire ? Réfléchir ? Sortir sa calculatrice ? Et puis quoi encore ! Je dispose de plusieurs transistors de puissance, dont des BUX84 censés supporter une tension Vce de 400V. Avant d'essayer mes BU508, qui sont physiquement plus gros que les BUX84, je m'essaye avec ces derniers, sur ma dalle de béton spéciale "tests secteur".
Premier test sous 9V : la led s'allume. Je vérifie le courant qui y circule, cela correspond à ce que j'avais calculé. Je branche donc sur le secteur 230 Vac pendant une vingtaine de secondes, afin de vérifier si le montage tient bien les 310 V crête. La led s'allume, la résistance ne chauffe pas trop et le courant dans la led avoisine les 3 mA, ça me semble OK. Je continue donc avec le test méchant, qui consiste à brancher et débrancher plusieurs fois de suite le montage sur le secteur. Et là, à la quatrième connexion, la led émet un bel éclair associé à un clac caractéristique du composant qui rend l'âme. Je me dit que la led est bien fragile (c'est un modèle haute luminosité qui craint l'électricité statique, elle était peut-être fatiguée). Je la remplace par une led basse consommation (1 mA). Je branche... et PAF, la nouvelle led s'allume une fraction de seconde et grille. Gros doute sur le transistor, que je vérifie, et qui se trouve être en court-circuit. Bien, je ne conserve pas cette référence, et passe tout de suite au BU508 (je n'ai pas le courage d'essayer avec un autre BUX84, il ne m'en reste que trois).
Test sous 9V : la led s'allume. Test sous 230V : la led s'allume également, la résistance de puissance ne chauffe pas plus que tout à l'heure (ce qui est logique), et tout semble fonctionner correctement. Je débranche, rebranche. Débranche, rebranche... 2 fois, 3 fois,... 10 fois, ... 20 fois, pas de soucis cette fois. Il ne me reste qu'à tester le montage sous une tension de 600 V crête. Comment faire ? Très simple ! En mettant en série deux enroulements de transformateur délivrant chacun 210 Vac, pour obtenir 420 V efficaces et donc environ 600 V crête. Comment obtenir des tensions de 210 V ? En utilisant des transfos 230V / 12V montés à l'envers, et où l'enroulement "secondaire" reçoit une tension un peu plus faible que 12 Vac.
Essais sous 420 Vac (600 V crête)
A suivre..Le schéma
Je suis donc parti du schéma précédent pour construire mon testeur d'alim avec plusieurs leds. Notez bien que l'ajout de leds supplémentaire va augmenter le courant consommé (plusieurs mA par branche sous 600 V, ce qui n'est pas négligeable), car plus la tension est elevée est plus le nombre de leds allumées est important. Vous ne pouvez ni ne devez ignorer celà, sachant que le montage tire son énergie du circuit sous test. Maintenant que vous êtes prévenus, voyons de quoi il en retourne.
Pas de grandes différences avec le schéma évoqué avant, on met juste en parallèle des circuits identiques dans lesquels on insère une ou plusieurs diodes zener pour les rendre actifs plus ou moins tardivement. Le premier circuit axé autour de Q1 fonctionne toujours, c'est à dire que la led LED1 s'allume pour toute tension d'entrée comprise entre 3 V et 600 V. Le second circuit, axé sur Q2, n'est alimenté que si la tension d'entrée dépasse 150 V, car la zener D4 ne conduit qu'à partir de cette tension de seuil. Le troisième circuit, axé sur Q3, n'est alimenté que si la tension d'entrée dépasse 300 V, car deux diodes zener de 150 V (D7 et D8) se trouvent en série avec celui-ci. Idem pour le circuit axé sur Q4, qui n'entre en service qu'à partir de 450 V, et le dernier circuit axé sur Q5, qui n'entre en service qu'à partir de 580 V (trois diodes zener de 150 V et une de 130 V).
Simplification
Si votre besoin se limite à déterminer grossièrement si une tension est inférieure ou supérieure à une valeur donnée, vous pouvez parfaitement n'utiliser que deux cellules : la première qui est active pour toute tension, et une seconde cellule active au-delà de la tension désirée, par exemple 100 V ou 200 V. Il suffit d'utiliser pour celà une zener ou plus pour fixer ce seuil. Notez qu'il est important de toujours conserver la première cellule, car tel quel, le montage est sensible à la polarité : si vous appliquez une tension négative, la diode D1 bloque tout et rien ne s'allume. Bien évidement, vous pouvez cabler quatre diode en pont en remplacement de D1, afin d'allumer les leds quelque soit la polarité de la tension testée.Le proto
Le proto que j'ai réalisé ne comporte que les trois premières cellules du schéma ci-avant, mais cela suffit amplement pour tester le fonctionnement global.
Les trois transistors utilisés sont des BU508 (deux Motorola et un Philips). Les transistors des cellules suivantes peuvent être des modèles acceptant des tensions Vce inférieures. Le montage fonctionne bien tel quel (en tout cas sous 230 Vac), seule la première led s'allume pour une tension d'entrée inférieure à 150 V (153 V pour être précis), et les trois leds s'allument pour une tension d'entrée supérieure à 300 V. Après des tests prolongés (plus de deux minutes en continu, les résistances sont à peine tiède), je constate que tout va toujours bien. Je persiste avec mes tests de stress, coupure, connexion, coupure... et ça tient.