Il s'agit d'une régulation série utilisant une source de
courant (Q1 et R1) pour forcer une tension constante aux bornes de le
résistance R. Cette tension est appliquée à la
grille du ballast (Q2).
Il n'y a pas boucle d'asservissement ce qui élimine tout risque
de pompage lors d'une variation du courant dans la charge.
Q1 est un Mosfet à apauvrissement, le courant est fixé
par la valeur de R1 et sa tension de pincement.
La
tension de pincement est la tension grille/source à la quelle le
Mosfet se bloque. Elle est variable d'un échantillon à
l'autre et doit être prise en compte dans le calcul de R
Avec les valeurs
indiquées, le courant traversant R est typiquement de 1 mA, la
tension
obtenue est donc R / 1000.
Cette tension est appliquée à la grille du ballast (Q2)
qui agit en résistance variable pour maintenir sa tension de
source égale à sa tension de grille diminuée de sa
tension de pincement.
Le condensateur C1 se charge à travers la source du courant de 1
mA à raison de 1000 volts par seconde et par microfarad.
Soit 100V par seconde pour 10µF, 10V par seconde pour
100µF, etc ..
Il a
pour double rôle de ralentir l'apparitionde la tension de sortie
et de filtrer d'éventuels bruits résiduels.
Il doit supporter la tension de sortie.
La résistance R2 évite de faire débiter Q1 sur
un court circuit à la mise sous tension lorsque C1 est
compétement déchargé ce qui incidemment ajoute R2
* C1 secondes à la valeur estimée ci-dessus.
Il est inutile, voire dangereux, d'utiliser un condensateur de forte
valeur à la sortie du régulateur malgré la
présence de la zéner D1 destiné à limiter
la tension inverse pouvant apparaître sur le ballast à la
mise hors tension.
Un découplage de 1 µF MKP à proximité de la
charge suffit dans tous les cas.
Plage d'utilisation
Le choix des deux MosFets est guidé par la tension et le courant
souhaités.
La source de courant utilise un DN3545 qui accepte une tension
Drain/Source (Vds) de 450V et dissipe 0,7W à 25°C
d'ambiante. Il ne voit que la différence entre la tension
d'entrée non régulée et la tension de sortie.
Avec un courant de 1mA, sa disspation sera de 450mW au maximum.
Un simple IRF820 en ballast supporte jusqu'à 500 Volts et peut
passer 4 Ampères, mais certainement pas les deux
simultanément. Il dissipera une puissance égale à
la différence entre la tension d'entrée et la tension de
sortie multipliée par le courant demandé par la charge.
Sans radiateur cette puissance est limitée à 1 Watt pour
60°C, elle peut friser une centaine de Watts moyennant un
radiateur conséquant.
Tension de déchet
C'est la différence entre la tension d'entrée et celle
régulée, valeur en dessous de laquelle le
régulateur ne fonctionne plus correctement.
Elle est égale à la somme de la tension de pincement du
ballast et de celle de la source de courant, respectivement 2 et 4
volts chacun, soit 6 volts au total.
Calcul de R
La valeur de la tension de sortie ne dépend que de la valeur de
R dans laquelle circule un courant de 1mA, sa valeur sera donc de 1K
Ohm par volt de sortie.
Le fractionnement de R permet d'obtenir plusieurs tensions de sortie:
Dans cet exemple R4 a été choisi plus grand que R5 afin
de retarder l'apparition de 300V par rapport au 150V.
Calcul du Radiateur du
Ballast
Ces calculs s'appliquent à un IRF820 et seront à
transposer pour un autre MosFet.
Commencer par lire ceci
La température maximale de jonction ne doit pas dépasser
150°C et la résistance thermique entre la jonction et le
radiateur est de 1,56°C + 0,5°C + 0,4°C par Watt (somme de
la résistance thermique jonction/boitier, boitier/radiateur avec
interposition d'un isolant) soit 2,46°C par Watt au total.
Un exemple:
Soit à alimenter les quatre écrans de deux push pull de
807 sous 250 Volts à partir d'une source non
régulée de 300 Volts.
Le courant en crète va atteindre 50mA et la différence de
tension est de 50 Volts, d'où une puissance à dissiper de
2,5 Watts.
On choisit de faire fonctionner le ballast à 60°C jonction
maximum pour assurer sa longévité ce qui, pour une
température ambiante de 30°C donne une différence de
30°C. La résistance thermique du radiateur vis à vis
de l'ambiante doit être: (30/2,5)-2,46 = 9,54°C/Watts
ce qui correspond à tôle d'aluminium de 20cm², soit 4
* 5 cms environ.
Il suffirait de boulonner le ballast au chassis dans un endroit
éloigné d'autres sources de chaleur.
Plus gros !
Deux 300B (single ended stéréo) demandent une tension
anodique particulièrement propre du fait de leur faible
impédance interne qui laisse apparaître pratiquement toute
la résiduelle de filtrage aux bornes du transfo de sortie. Un
seul volt crète à crète produit 0,33mW (42µW
efficaces)dans une charge de 3K soit seulement 53dB en dessous de la
puissance nominale (8W efficaces) qu'un tel tube peut fournir.
Le courant total des deux 300B et des drivers (autant qu'ils soient
également régulés) serait de 150mA sous 350V. Pour
une tension avant régulation de 400V, la puissance
dissipée par le ballast sera de 7,5W, la résistance
thermique du régulateur devra être:(30/7,5)-2,46 =
1,6°C/Watts, dans les même conditions que ci dessus mais
seulement (50/7,5)-2,46 = 4,2°C/Watts en autorisant une
température de jonction de 80°C.
Un radiateur de 80mm par 80mm avec des ailettes d'un seul
côté convient (ex. ML25).
Tension
négative et positive asservie
Pour réguler une tension négative un Mosfet canal P (Q1)
est utilisé, ici un IRF9610 qui supporte 200 vols.
La source de courant (Q2) et sa résistance de mesure (R2) sont
inversées comme représenté dans la partie
inférieure du schéma ci dessous (sous la ligne
"zéro volts") qui peut être utilsée seule.
R2 doit être 1000 * Vneg et sera si besoin ajustée pour
obtenir précisément les -150 volts régulés.
Il est simple d'y adjoindre un régulateur positif asservi, la
tension régulée positive devenant proportionnelle
à la négative multipliée par le rapport R8 / R5.
Dans l'exemple, R8 = R5 et les tensions sont égales.
Avec R8 = 2 * R5, la tension positive serait le double de la tension
négative soit 300 volts..
Avec R8 = R5 / 2, elle serait la moitié soit 75 volts.
Autrement dit, la valeur de R8 doit être: Vpos / Vneg * R5.
En effet, à leur point de jonction, une valeur négative
rend Q3 moins conducteur ce qui augmente la tension sur la gate et donc
sur la source de Q4.
A l'nverse, une valeur positve fait conduire Q3 ce qui en
conséquence réduit la tension de gate de Q4
réduisant ainsi la valeur de la sortie positive.
Le dispositif s'équilibre donc pour une tension voisine de
zéro (en fait la tension de seuil de Q3) à la liaison R5
R8.
R3, R4 et R7 associées à D1, D2 et D3 protègent
les Mosfets contre des tensions de gate excessives.
