S'il est un appareil à posséder dans son Labo pour réparer des alimentations à découpage, c'est bien à minima une charge électronique à courant constant. Il existe dans le commerce de nombreux modèles tout fait mais un appareil fabriqué par soi-même (DIY) a aussi beaucoup d'intérêt, à commencer par l'aspect financier.
Cet appareil n'a bien sûr pas la capacité à rivaliser avec des instruments professionnels plus complets car celui-ci ne permet que la charge à courant constant.
Si cela n'est pas un frein pour vous alors voici un instrument pratique à avoir au Labo.

Pour fabriquer cet engin j'avais tout d'abord commencé par étudier et développer un système simple constitué d'une source de courant contrôlée par un microcontrôleur PIC18F46K22 de chez Microchip.
J'ai abandonné lorsque j'ai vu sur le net des petits modules (voir ci-contre) tout prêt et à prix très réduit.
Ne soyez pas effrayé par l'aspect de la face avant, j'ai collé la feuille "alu" sur un coffret de récupération, j'envisage d'en faire fabriquer une en aluminium par Schaeffer AG.

Pour alimenter correctement cet appareil j'ai utilisé une alimentation à découpage (voir Figure 9) provenant d'un Vidéoprojecteur VANKYO V630W au rebus. Le petit ventilateur équipant d'origine le module ZPB30A1 est accessible sur la face arrière du coffret, tandis qu'un second (voir Figure 11) de ∅80 mm est installé (en extraction de flux d'air) sur le dessus du coffret. Des trous ont été aménagés sur le fond du coffret de manière à permettre une bonne convection de l'air. Ce second ventilateur est piloté par un petit circuit d'asservissement contrôlé en température (voir Figure 11) par l'intermédiaire d'un capteur de type LM35.

Fonctionnement

La charge électronique décrite ici ne fonctionne qu'à courant constant (mode CC)
Dans ce mode la charge essaie toujours de maintenir le courant constant, même si la tension aux bornes des pôles change entre-temps.
L'appareil possède deux modes de fonctionnement :

• 1) En mode « Fun1 », l'appareil est une charge numérique standard.
  La consommation de courant maximale peut être définie.
  Le niveau de tension minimum peut être réglé et lorsque la tension d'entrée descend en dessous de ce niveau, un signal sonore retentit. La Led rouge [Run] est allumée.
  L'appareil commence à prélever le courant lorsque le bouton [Start/Stop] est pressé et continue à prélever le courant même lorsque la tension minimale est atteinte.
  Dans ce cas la Led rouge [Run] clignote.
• 2) En mode « Fun2 », l'appareil est un testeur de capacité de batterie.
  La consommation de courant maximale peut être définie.
  

   

  Le niveau de tension minimum peut être réglé et lorsque la tension d'entrée descend en dessous de ce niveau, un signal sonore retentit.
  L'appareil commence à prélever le courant lorsque le bouton [Start/Stop] est pressé, l'affichage et le calcul de la capacité de la batterie sont opérationnels.
  Lorsque la tension d'entrée descend en dessous du niveau défini, l'appareil se coupe et provoque le clignotement de l'afficheur [Tension], la Led rouge [Run] s'éteint.
• Note : si votre appareil possède une Led jaune [L-4] elle s'allumera (mode « Fun1 ») lors d'une mesure en mode Kelvin (4 fils) et dans le cas du mode « Fun2 » uniquement lors de l'affichage de la tension (affichage V-Ah-Wh séquentiel...).
  
  ⇒ Pour info le mien est un ZPB30A1P v3.3 avec un processeur (voir Figure 1) marqué "FMD B1vJJDH" (???) cadencé à 16 MHz (voir Figure 2), et possède également un circuit intégré à 8 broches (probablement un AOP...) dont le marquage a été sciemment gratté (voir Figure 3) !

Instructions

1. Sélecteur de Mode (en mode de charge électronique par défaut):
   Pour entrer dans ce mode il convient de presser sur le bouton [Start/Stop] lors de la mise sous tension jusqu'à l'obtention de « Fun1 » ou « Fun2 » sur l'afficheur supérieur. Tournez le bouton [Mode/Set] pour changer de mode puis faites une pression pour valider votre choix. Chaque pression sur le bouton [Mode/Set] permet d'accéder aux différentes fonctions utilisateur :

   « Fun1 » / « Fun2 » : Choix du mode de fonctionnement  « bEoF » / « bEon » : Activation ou non du Buzzer  « Lt-1 » / « Lt-2 » / « Lt-3 » : Réglage de luminosité des afficheurs

   Une dernière pression lors du réglage de luminosité sort du menu de sélection des options.
   
   
2. Mode de charge électronique (Fun1):
   1. Mettez sous tension la charge électronique, la Led rouge [Run] doit être éteinte. Raccordez votre appareil à tester sur les bornes d'entrée (P+ P-) en veillant à respecter les polarités !
      Éventuellement raccordez également les deux fils supplémentaires pour une mesure à 4 fils Kelvin [Sense] en respectant les polarités.
      Une pression sur le bouton [Start/Stop] active/désactive la charge électronique.
      
      
   2. Ajustez la tension et le courant de consigne, une pression sur le bouton rotatif permet d'effectuer ces réglages digit par digit.
      
      
   3. Pressez le bouton [Start/Stop], la charge commence à fonctionner et consomme le courant délivré par la source à tester, la Led rouge [Run] s'allume.
      L'afficheur montre la tension mesurée sur la source, avec l'indication de la valeur du courant de consigne préalablement ajusté.
      Si la tension délivrée par la source devient inférieure à la tension de consigne, alors la Led rouge [Run] clignote accompagnée d'un bip sonore.
      
      
   4. La procédure de test peut être modifiée à tout instant, en ajustant le courant de consigne. Pour modifier la tension minimale de consigne, vous devez interrompre la charge en pressant le bouton [Start/Stop]. Ajustez la tension de consigne puis relancez le test si nécessaire.
      
      Note: Durant la période d'alarme déclenchée par une tension inférieure à celle de la consigne, le courant de consigne ne peut être que diminué. Une fois l'alarme disparue, alors le courant de consigne peut à nouveau être augmenté ou diminué à volonté.
      
      
3. Le mode test de capacité de la batterie (Fun2):
   1. La batterie à tester doit être totalement chargée avec un chargeur adapté !
      
      
   2. Connectez les câbles de puissance sur les bornes de la batterie à tester en veillant à leur polarité correcte, les deux câbles de mesure [Sense] si vous les utilisez doivent être également connectés au plus près des bornes de la batterie. La détection du mode de mesure à 4 fils est automatique et dans ce cas la Led jaune [L-4] s'allume.
      
      
   3. Dans le mode de fonctionnement actuel, un courant constant est tiré de la batterie ce qui fait que la tension de la batterie, vue dans le temps, chute à une valeur prédéterminée. De cette façon, le temps de décharge et la capacité peuvent être déterminés.
      
      
   4. Le processus de test affichera cycliquement les valeurs arrondies de la tension moyenne (V) de la batterie, le courant (Ah) et l'énergie de décharge (Wh) lorsque la décharge se termine, c'est-à-dire lorsque la tension résiduelle de la batterie devient inférieure à la tension de consigne préréglée.
      
      
   5. Le test terminé, pressez le bouton [Start/Stop] et en tournant le bouton [Mode/Set] vous pouvez alors afficher les données de décharge de la batterie qui ont été sauvegardées.
      Ces données sont la capacité de décharge (Ah), l'énergie (Wh) et la tension de décharge (V). En pressant à nouveau le bouton [Start/Stop] les données sont effacées et la charge est alors prête pour une nouvelle analyse de batterie.

Informations supplémentaires

1. Durant le processus de test de la batterie il est possible d'ajuster le courant de décharge. Pour réajuster la tension minimale de consigne, il est alors nécessaire de mettre en pause la procédure en pressant le bouton [Start/Stop], les données ne seront pas perdues. Pour les réinitialiser vous pouvez appuyer longuement sur le bouton [Start/Stop], les données seront alors remises à zéro.
   
   
2. La charge électronique enregistre automatiquement les paramètres de réglages, et en cas de coupure de courant les dernières données mémorisées sont restaurées et l'afficheur clignote alors rapidement. Elles deviennent consultables en pressant le bouton [Start/Stop] et en actionnant le bouton rotatif [Mode/Set]..

Schéma du module ZPB30A1

Attention ! Le schéma ci-dessous provenant de Voltlog est là juste pour information car il ne correspond pas à la version v3.3 dont je dispose (microcontrôleur, Quartz...)

Schéma du module de régulation de température

Réalisation

Comme je l'ai mentionné en début d'article, j'ai assemblé cet appareil avec essentiellement des composants de récupération comme le bloc d'alimentation à découpage (voir Figure 9), le circuit de régulation de température (voir Figures 5 et 11) du grand ventilateur et le coffret métallique.
Les bornes banane [Input] sont reliées avec des fils de grosse section (ils peuvent véhiculer des courants importants...) au bornier [P+ P-] de la carte principale du ZPB30A1 tandis que les bornes [Sense] sont reliées avec des fils de plus petite section (pas de grands courants ici...) au bornier [V+ V-].

Module de régulation du ventilateur

En cherchant un peu sur Internet j'ai trouvé ce schéma (voir Figure 5) sur le site de VracBazar dont le fonctionnement est assez simple. Le système comporte deux ampli opérationnels (contenus dans un unique boîtier à 8 broches...). Le premier sert à générer un signal en dent de scie, le second sert de comparateur dont son entrée (-) reçoit l'information de température d'un capteur de type LM35. Il en résulte un signal à modulation de largeur d'impulsion (PWM) qui pilote un transistor de puissance (BD140) pour asservir le ventilateur. Ce signal PWM est bien entendu variable en fonction de l'information de température renvoyée par le LM35. En premier lieu j'avais tout bonnement installé le capteur sur le petit circuit "prototype" (voir Figure 11) lui-même fixé sur le bord du ventilateur, mais le temps de réaction du capteur qui mesurait alors la température interne du coffret était trop long. J'ai donc déplacé le capteur et l'ai fixé (sans oublier de lui adjoindre de la graisse thermique...) directement sur le refroidisseur d'origine du ZPB30A1 avec une petite bride (voir Figure 12) que j'ai fabriquée spécialement. La réaction devient de fait nettement plus rapide, le ventilateur pouvant ainsi mieux extraire l'air chaud vers l'extérieur du coffret.

Concernant les réglages des deux résistances ajustables, j'ai tout simplement procédé par étapes successives en contrôlant la température à l'aide d'un thermomètre digital. Pour information la température du transistor MOSFET a vite fait d'approcher les 60°C lorsque l'on demande un "effort" à la charge électronique, j'ai réalisé mes tests avec mon alimentation de laboratoire fournissant 12V sous 4A, ce qui équivaut à une puissance absorbée de 48W. L'appareil étant sous tension mais sans activer la charge, la température du MOSFET est alors d'environ 33°C (capot ouvert...).

Note : les connexions "Sense" sur ce schéma ne sont pas utilisées ici, elles ne le sont que dans le cas du montage dans un PC par exemple.

Spécifications

Spécifications du module ZPB30A1, charge électronique à courant constant :

* Maximum 9,99 A et 30 W limité à 60 W de puissance totale
* Vitesse du ventilateur à température contrôlée
* Mesures 2 fils et 4 fils (méthode Kelvin)
* Surchauffe, protection contre l'inversion de polarité ainsi que d'autres protections comme la surtension, l'alimentation électrique
* Tension de décharge 1-20 V par incréments de 0,1 V
* Courant de décharge 0,2A à 9,99A par incréments de 0,01 A
* Précision de la mesure de tension : 1 % ± 20 mV
* Précision de la mesure du courant : 0,7 % ± 10 mA
* Précision de mesure de capacité : 0,5 A 2,5 %
* Exigences d'alimentation : DC12 V / 0,5 A.

Codes de protection contre les défauts expliqués :

Quelques photos