Régulateurs à base de 317/338/350

Bonjour à tous,
J'ai un petit soucis avec les régulateurs à base de 317/338/350 pour alimenter mes voies.
Pour mémoire, je suis en HO, alimentation en 12v et consommation pour une traction seule environ 0.2 ampères.
Je n'ai rien inventé pour le montage : j'ai repris ceux nombreux qui sont sur le net, avec deux diodes, l'une entre output et l'ajustement et l'autre entre l'output et l'input.
J'ai un transformateur torique TT215/225, un pont de diodes et deux condensateurs en parallèle de 47002 uF/25v. La tension en sortie est de 18 volts.
J'ai mis également une lampe ballast entre le pont de diodes et les condensateurs.
Lorsqu'il y a seulement un traction, tout est ok, à deux tractions la lampe éclaire n peu. A la troisième elle s'éclaire fortement.
Idem lorsque j'utilise un moteur seul. Si je tente de le bloquer à la main dès une consommation de 0.7 ampère, l'ampoule s'éclaire fortement !
Avec ou sans lampe ballast, le régulateur chauffe et après quelques minutes, les moteurs tournent moins vite. Cela donne l'impression que le 317/350 se met en sécurité. Pourtant avec un 317, il y a 1.5 ampère et 3 avec le 350 !

Pour info : sur des montages sans régulateur, l'éclairement de la lampe ballast indique un court circuit. C'est avec ce montage que je "teste" les circuits de voies. Si il y a un cours circuit (par exemple boucle mal isolée) la lampe éclaire immédiatement !

J'ai monté plusieurs régulateurs avec des 317/350/338. Ils fonctionnent tous bien mais tous avec une faible intensité : alim de carte arduino, alim 15v des détecteurs de DMARRION, alim 5v pour des pullups ... mais j'ai la même anomalie avec des moteurs ...

Je ne comprends pas ce qui se passe. Dans mes hypothèses,
- ce serait une erreur sur le montage (j'ai essayé avec et sans les condensateurs de filtrage), mais où ?
- les 317/350/338 ne sont pas prévus pour des moteurs ...

Avez vous des idées ?

Merci et belle journée.

Alain

Post des photos de ton montage.

Bonjour
Voici une photo des régulateurs, les flèches blanches les indiquent.




Belle journée

Alain

Tout comme cambouis19, je te suggère de poster le schéma pour qu'on puisse l'analyser et te dire ce qu'il en est. La photo du montage réel est déjà une indication, mais elle ne donne pas le schéma.

Cependant, sans le schéma et à la vue de ta photo, voici ce que je peux dire :

1) Sans lampe ballast, avec 18V en entrée et 12V en sortie, le régulateur voit donc 6V entre ses bornes. Avec un courant de 0,4A ça fait tout de même 2,4W à dissiper en chaleur et ce n'est pas rien. Tes régulateurs semblent être montés sur une cornière en alu pour faire dissipateur, mais ce n'est peut-être pas suffisant, auquel cas les calories ne s'évacuent pas assez vite et c'est normal que ça monte en température, au point de mettre le circuit en protection ou pire, de le détruire.

2) Quel est le type de lampe que tu as montée en ballast ? (tension de service, puissance).
La lampe ballast est une bonne technique de protection, mais ce n'est pas évident à trouver la bonne lampe.

En effet, il y a une double contrainte à respecter :
- D'une part, pour qu'elle joue son rôle de protection, il faut que pour une intensité anormale (court-circuit) elle absorbe toute la puissance. Donc, si c'est une lampe 12V, elle doit s'allumer plein pot pour un courant d'environ 1,5A puisque c'est le maxi autorisé par le régulateur, ce qui fait dans l'idéal une lampe de 18W. Une lampe standard de feu stop de voiture fait (il me semble) 20W, on pourrait partir là-dessus.
- D'autre part, pour une intensité normale en exploitation, disons maxi 0,5A dans ton cas avec 2 rames, la lampe ne doit pas engendrer une chute de tension trop élevée en amont du régulateur, sinon celui-ci ne peut plus maintenir la tension de sortie à 12V.

Si on prend une lampe de 12V/20W comme indiqué plus haut, on en déduit la valeur de sa résistance à chaud : P = U²/R, donc R = 144/20 = 7,2 Ohms

Une résistance de 7,2 Ohms engendre une chute de tension de 3,6 V si elle est traversée par un courant de 0,5A. Il reste donc tout juste assez de tension (18 - 3,6 = 14,4V) à l'entrée du régulateur pour maintenir les 12V en sortie, si toutefois le transfo est assez puissant et que la tension de 18V ne s'écroule pas.
Il faut savoir qu'à froid, la résistance de la lampe sera nettement inférieure (le filament d'une lampe a un coefficient de température positif : sa résistance augmente très sensiblement avec la température). La chute provoquée sera donc elle aussi inférieure à 3,6V si la lampe est froide au départ.
Le choix d'une telle lampe (12V/20W) devrait donc convenir pour cette application

voici  l'excellent régulateur d'un ami Suisse  :


ce schéma régule nombre de circuits en IIm. depuis 15 ans !!!!!

Je vous apporte quelques précisions.
Les régulateurs sont en boitier TO220. Ils sont sur un radiateur alu pour certains (au fond de la photo en gris/argent) avec un ventilateur devant. Les autres sont sur un radiateur unitaire devant le ventilateur (en noir), voir nouvelle photo les flèches indiquent les radiateurs.



La lampe ballast est une 12v/21W.

Sur la cornière en alu sont montés des 2N3055 qui servent pour les circuits triage. Comme un seul convoi circule à la fois sur ces zones, ils ne chauffent pas (pour le moment) !

Le schéma est du type que celui posté par Tram47, à la différences des boîtiers qui sont des TO220.

La tension de sortie secondaire du transfo est 15v. Voici ses caractéristiques du transfo : tension primaire: 230 Vac; Tension secondaire: 2 x 15 Vac; Puissance: 225 VA.
Je mesure 16.2 v en sortie du secondaire et 18v en sortie des condensateurs.
Si je pars des 15v "vendus" diminués des 3.6v de la lampe et des 2v du régulateurs ... ben il reste pas grand chose !

Est ce parce que le régulateur peine pour fournir le courant pour deux convois qu'il chauffe ? Un secondaire "vendu" de 18v serait il suffisant ?

Pour l'ampoule ballast, avec un régulateur 338 (5A) il faudrait donc une ampoule de 12v/60W (lampe de feu de croisement !!!) ?

Merci de ton aide

Belle journée

PS : les détecteurs couplés à l'arduino donnent un excellent résultat !

les régulateurs sont installés sur un seul "radiateur" ?
l'installation sur des "radiateurs" individuels permet une meilleure isolation électrique .

Pour les petites charges, les 317 sont sur le même radiateur.
Pour les grosses charges, sur des radiateurs individuels (les gros noirs) !

tous nos régulateurs sont équipés avec ceci :

et même pour le IIm. ils ne chauffent pas !!!

Bonjour
Sur les photos, on constate que les connexions entre éléments (Condensateurs de filtrage et régulateurs) sont longues, il est possible que cela pertube le fonctionnement des régulateurs.
Il est possible de souder des petit condensateurs de 0.1µf directement sur les broches des régulateurs.
C'est d’ailleurs recommandé par le datasheet du LM350

alain90 a écrit:

Bonjour à tous,
...
deux condensateurs en parallèle de 47002 uF/25v. ....
J'ai mis également une lampe ballast entre le pont de diodes et les condensateurs.

4700 ou 47000 uF? Vu la taille des condensateurs sur la photo, ce ne sont pas des 47000. La valeur des condensateurs dépend de l'intensité maximum qui sera demandée à l'alimentation: quelle est-elle?

La lampe dans ces conditions sera parcoure non pas par le courant de sortie DC, mais par le courant de sortie du transfo, ce qui est nettement plus élevé car la conduction n'a lieu qu'une partie du temps. La chute de tension à ses bornes sera donc plus élevée qu'estimée plus haut. Je ne vois pas pourquoi elle est placée à cet endroit. D'ailleurs, à quoi sert cette lampe? Le régulateur est protégé contre les courts circuits et a une protection thermique et son radiateur noir est largement dimensionné.

Par ailleurs, la remarque de patpovil est tout à fait judicieuse.

Comme quoi les photos du montage ne suffisent pas pour faire un diagnostic :
- je pensais que tes régulateurs étaient les boitiers TO3 qu'ont voit montés sur la cornière alu alors que d'après tes explications il n'en est rien
- A propos de la lampe ballast, je pensais que tu l'avais insérée entre les condensateurs de filtrage et le régulateur (les calculs que j'ai indiqués correspondent à cette hypothèse). Etant donné qu'elle est placée entre le pont de diodes et les condensateurs, comme l'indique Lucien2 ce n'est pas le courant lissé consommé par l'utilisation qui traverse la lampe, mais un courant "pulsé" à 100 Hz de charge des condensateurs, dont la valeur moyenne est égale à celle du courant d'utilisation + le courant d'ondulation résiduelle qui traverse les condensateurs.

... Encore une fois, pour discuter il faut un schéma !

Difficile d'évaluer dans ce cas la chute de tension produite dans la lampe. Puisque tu disposes d'un voltmètre, tu devrais mesurer quelle est la tension aux bornes des condensateurs lorsque tu as 2 locos alimentées. Ainsi, tu verras tout de suite dans quelle mesure les 18V que tu as "à vide" diminuent et s'il reste assez pour alimenter les régulateurs.

Je trouve également bizarre que tes circuits régulateurs chauffent si la tension est "mangée" dans la lampe ballast. Peut-être y a-t-il une oscillation haute fréquence, due à une instabilité du montage, qui fait chauffer les régulateurs. Une telle instabilité peut se produire lorsque les longueurs de fil sont importantes et assez impédantes (au vu des photos on dirait bien du fil de téléphonie appelé "jarretière" dans le jargon des télécoms). La solution dans ce cas est le découplage par des condensateurs soudés au plus près du régulateur comme indiqué par patpovil et lucien2

alain90 a écrit:

La tension de sortie secondaire du transfo est 15v. Voici ses caractéristiques du transfo : tension primaire: 230 Vac; Tension secondaire: 2 x 15 Vac; Puissance: 225 VA.

La puissance de ton transfo est largement suffisante

alain90 a écrit:

Est ce parce que le régulateur peine pour fournir le courant pour deux convois qu'il chauffe ?

Non, ce n'est pas la raison. La puissance dissipée dans le régulateur est égale à la valeur de la tension entre son entrée et sa sortie multipliée par l'intensité du courant qui le traverse. Si la tension à ses bornes est insuffisante, il chauffera d'autant moins. Si le courant est anormalement faible, il chauffera d'autant moins également.

alain90 a écrit:

Pour l'ampoule ballast, avec un régulateur 338 (5A) il faudrait donc une ampoule de 12v/60W (lampe de feu de croisement !!!) ?

L'intensité que tu dois considérer n'est pas celle qui est le maximum permise pour le composant, mais celle que tu souhaites avoir au maximum en cas de court-circuit à la voie.
Rien ne t'empêche de limiter le courant de court-circuit à 1,5A même si tu as un régulateur qui peut délivrer 5A. Il sera juste surdimensionné pour rien.
Autre chose : Il ne faut pas perdre de vue que lorsque tu limites le courant avec une lampe, la tension de sortie tombe. Si tu as vraiment besoin de délivrer 1,5A en conservant les 12V, il ne faut pas de lampe, ou une beaucoup plus puissante.

PS : Merci pour les résultats de ton expérimentation des interfaces de raccordement de mes détecteurs sur Arduino !

alain90 a écrit:

...
deux condensateurs en parallèle de 47002 uF/25v. ....
J'ai mis également une lampe ballast entre le pont de diodes et les condensateurs.

lucien2 a écrit:

4700 ou 47000 uF? Vu la taille des condensateurs sur la photo, ce ne sont pas des 47000. La valeur des condensateurs dépend de l'intensité maximum qui sera demandée à l'alimentation: quelle est-elle?

La lampe dans ces conditions sera parcoure non pas par le courant de sortie DC, mais par le courant de sortie du transfo, ce qui est nettement plus élevé car la conduction n'a lieu qu'une partie du temps. La chute de tension à ses bornes sera donc plus élevée qu'estimée plus haut. Je ne vois pas pourquoi elle est placée à cet endroit. D'ailleurs, à quoi sert cette lampe? Le régulateur est protégé contre les courts circuits et a une protection thermique et son radiateur noir est largement dimensionné.

Bonjour

Pour moi, une lampe ballast se met entre la sortie du régulateur et la voie, et non pas dans le circuit de régulation (où la non-linéarité de la resistivité du filament de tungstène peut avoir une influence néfaste) ni entre la sortie du transfo et les condensateurs.
- La lampe ballast n'est pas prévue pour protéger le régulateur, mais pour protéger le matériel roulant et appareils de voie en cas de court-circuit.
- Un LM350 peut laisser passer jusqu'à 6A en court-circuit... sa protection interne evite simplement son autodestruction...
- Et si la lampe ballast est en amont de condensateurs de forte capacité, en cas de court-circuit sur la voie, l'énergie emmagasinée par ces condensateurs n'est pas régulée par la lampe ballast et "alimente" le court-circuit.

Je trouve donc l'emplacement de la lampe ballast inadéquat.

Et dans le principe, une lampe ballast n'est pas forcement le meilleur choix pour une charge qui peut varier. De façon classique, les lampes ballast étaient utilisées pour protéger un canton, tronçon de voie ou ne peut se trouver qu'un seul matériel moteur à un moment donné. Les ampoules de feux arrière ou de feux stop (pour combien de temps encore avant le tout-LED sur les automobiles ?) de 21W conviennent bien ; avec un courant <1A le filament ne chauffe pas et sa resistance est négligeable.
Si la charge varie (1 loco, 2 locos ou 3 locos en simultané alimenté par le même régulateur) une protection électronique contre les court-circuits me semble plus adaptée. Peut-se faire avec un LM350 ou LM317, l'électronique est toutefois plus complexe. Ou prendre une ampoule plus puissante, comme évoqué. Il est important que - dans un fonctionnement normal - la lampe soit vraiment éteinte (= filament froid)

Bonjour StrongSpirit

D'accord avec toi pour dire que le placement de la lampe en amont des condensateurs de filtrage n'est pas une bonne idée. Par contre, la lampe ballast, s'il y en a une, sera mieux placée entre les condensateurs de filtrage et le régulateur qu'entre le régulateur et la voie.

En effet, la lampe placée entre le régulateur et la voie jouera bien son rôle de protection, mais sa résistance viendra anéantir les efforts du LM*** pour conserver une tension constante à la voie lors d'une utilisation normale (ou alors, il faudrait faire l'essai d'intégrer la lampe dans la boucle d'asservissement, c'est à dire de la placer entre la patte Vout du LM*** et la résistance R1 de 240 Ohms sur le schéma du post de patpovil).
Placée en amont du régulateur et après les condos, le rôle de protection est équivalent et la résistance de la lampe vient diminuer la tension en amont du régulateur et non en aval, ce qui permet à celui-ci de continuer à pouvoir réguler la tension à la voie, pour autant bien sûr qu'il reste assez de tension à son entrée, d'où les critères "pointus" de choix de la lampe.

Je suis en revanche tout à fait d'accord avec toi sur ton dernier paragraphe : une protection électronique est plus adaptée.

Sur mon réseau, je n'ai aucune lampe et les protections se font au niveau de mes régulateurs intégrés +15V qui alimentent mes cartes "traction", tant en zone de réglage manuel (gare) qu'en pleine voie (block) et je n'ai jamais eu à déplorer d'incident destructeur.

Pour la petite histoire, et malgré ce que je viens de dire ci-dessus, je compte tout de même installer quelques lampes en des points judicieux de mes circuits de gare, car lors de courts-circuits à la voie, la mise en protection de ma source +15V fait "délirer" ma logique de commande des aiguilles qui utilise aussi ce 15V (argh, j'aurais mieux fait de mettre une alim séparée pour ça, mais je ne vais pas tout recâbler !!!)

Bonjour Alain90,
Etant donné ton projet (utilisation d'un Arduino)… ne serait il pas judicieux d'investir dans une carte L298N (pont H) (3 ou 4 euros) ou autre pour gérer les alimentations en PWM : manuel et/ou automatique via Arduino…
(Avec possibilité d'inertie via quelques lignes de code)…
exemple

Bonsoir à tous

Tout d'abord un grand merci pour vos réponses.

Ci-après le schéma que j'utilise pour les régulateurs :


Les essais faits avec ou sans lampe ballast me donne le même résultat : le régulateur chauffe et il y a une "perte de puissance". Dès la deuxième locomotive, il y a un ralentissement et le régulateur chauffe.
J'ai également faits des tests avec et sans les condensateurs de filtrage. A noter que le condensateur principal est un 2 * 4700 uF.
Même résultat avec un 317 / 350 / 338 !
Même résultat avec tous les composants sur un veroboard (liaisons minimales entre les composants).

D'après vos posts, le transformateur ne serait pas en cause.

Autre précision : le régulateur alimente des L298N via des pmw. Seraient-ils en cause ?

Dès que possible je reprendrais des mesures et referais des tests. Si vous pensez à quelque chose, n'hésitez pas.

Belle soirée.

Alain

Une question basique, mais il vaut mieux la poser inutilement que l'oublier :
Tu as dit que les régulateurs sont montés sur un même radiateur. Sont-ils isolés ?

Je ne vois qu'une chose à faire pour essayer de comprendre ce qui se passe : des mesures !

Si tu as un ampéremètre, mesure l'intensité du courant qui traverse le régulateur lorsque tu as 2 locos qui tournent.
Avec une utilisation estimée à 0,4A, ce n'est pas normal qu'il chauffe exagérément, et encore moins que la tension de sortie diminue, car en amont du dispositif (si on shunte la lampe ballast), ton ensemble "transfo-pont de diodes-condos de filtrage" est correctement dimensionné pour fournir l'énergie nécessaire.

Remarque : Tu as essayé le montage avec et sans condensateur de filtrage, mais sans ces condensateurs, les régulateurs de tension ne peuvent fonctionner correctement.

alain90 a écrit:

...
Autre précision : le régulateur alimente des L298N via des pmw. Seraient-ils en cause ?

....

Sans plus de précisions (fréquence de la PWW, caractéristiques des moteurs..), je peux juste tenter une explication.
Dans une commande de moteur par pwm, le courant passant durant le temps de conduction est supérieur au courant du moteur fonctionnant à vitesse maximum, et ce d'autant plus que la vitesse est basse (rapport cyclique faible), ce qui peut paraître paradoxal. Bien sûr, le courant moyen est plus faible à basse vitesse, pour une charge donnée.
Ce courant instantané peut dépasser la valeur du courant de limitation des régulateurs (qui réagissent sur un courant instantané et non sur un courant moyen), et le complément de courant est alors fourni par le condensateur de 10 uF de sortie. La tension chute alors rapidement  compte tenu de la faible valeur de ce condensateur (1V toutes les 10 us pour 1A), le moteur est alimenté avec une tension plus faible pendant la conduction et ralentit.
Il faudrait un scope pour vérifier cette hypothèse.
Tu peux essayer de mettre un condensateur C5 de forte valeur (>1000uF) et observer si le phénomène diminue. Il faudra alors l'augmenter jusqu'à disparition complète.
Par ailleurs c'est tout à fait normal que les régulateurs chauffent. Ils se mettent en sécurité pour des températures >125° ou plus et là, ils ne chauffent plus, ils brûlent!
edit: Je vois que Dmarrion a répondu pendant que je rédigeais ce post...

Bonjour à tous.

Pour l'isolation, je pense qu'ils sont bien isolés, car j'ai le même phénomène quand il y a un seul régulateur sur le radiateur ...

Je revois tout ce week end, reprends des mesure, revois les montages ... Plus j'y pense et plus je lis vous réponses, plus je me dis que j'ai du faire une énorme "boulette" lors du montage de tous mes régulateurs : même comportement quelque soit le régulateur (j'en ai 7 !!!).

A bientôt ...

Question bête et idiote : comment connaitre la valeur d'un condensateur si il n'y a rien d'écrit dessus et sans oscilloscope ?
Merci !!!!

alain90 a écrit:

Question bête et idiote : comment connaitre la valeur d'un condensateur si il n'y a rien d'écrit dessus et sans oscilloscope ?
Merci !!!!

On ne peut pas se fier à la taille du condensateur car même pour une technologie donnée, la taille sera proportionnelle à (approximativement) C x( V au carré) donc ne connaissant pas V (tension nominale), on ne peut déduire C.
Pour les condensateurs de très forte valeur, on peut le charger à travers une forte resistance 100KOhm et plus, et observer avec un multimètre et un chronomètre l'évoluton de la tension à ses bornes: celle ci varient lentement (plusieurs secondes) on peut en déduire la constante de temps RC, donc C . Relativement peu précis, mais donne un ordre de grandeur.

Il existe des capacimètres, c'est assez rare sur les appareils de mesure courants, mais ça existe.
Je n'ai personnellement jamais utilisé ce genre d'appareil, je sais que ça marche pour les condos "secs" de faible valeur (<1µF) mais je ne suis pas sûr que ce soit adapté pour les condensateurs de forte valeur électrochimiques polarisés...

Sinon, on peut déduire grossièrement la valeur en faisant comme suit :
Il faut réaliser le montage suivant, qui est un filtre passe-bas du 1° ordre.

il est possible de calculer le valeur du condensateur si on connaît R. En l'occurrence, pour R il faut utiliser idéalement des boites de résistances étalons, à défaut on peut prendre un simple potentiomètre dont on utilise juste 2 bornes : une extrémité et le curseur.

Lorsque l'atténuation apportée par un tel filtre est de 3dB, on a la relation F = 1/(2 Pi RC).
En alimentant le montage en 16V alternatif, on connaît F (50Hz). Il nous suffit de comparer les tensions mesurées aux point B et A en faisant varier R, et lorsque la tension en B = Celle en A/1,414 ; on a précisément les 3 dB d'atténuation.
Il suffit donc de mesurer à l'Ohmmètre la valeur de R et de calculer C = 1/(314 R)

2 remarques importantes
1) Cette méthode nécessite tout de même de connaître l'ordre de grandeur de C pour choisir judicieusement un potentiomètre. En effet, si on prend un R beaucoup trop grand au départ, on aura peu de précision car la position du curseur qui correspond aux 3dB sera très proche de la butée et le moindre mouvement sur l'axe du potentiomètre viendra ruiner cet équilibre, et à l'inverse si on prend une R trop faible, on ne pourra jamais trouver cette position (puisque même au maximum, on sera déjà en dessous de la bonne valeur)

2) Comme on utilise une tension alternative, cette méthode n'est pas appropriée pour les condensateurs polarisés.

alain90 a écrit:

Question bête et idiote : comment connaitre la valeur d'un condensateur si il n'y a rien d'écrit dessus et sans oscilloscope ?
Merci !!!!

Si c'est de la récup il vaut mieux investir dans du neuf les chimiques vieillissent mal surtout si ils ont étés utilisés dans des alimentations à découpage