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stroboscope
Dernière mise à jour : 04/05/2014Présentation
Il existe plusieurs types de stroboscopes, les anciens avec tube à éclats et les récents avec des LED de puissance. Un stroboscope à tube à éclats nécessite une tension de fonctionnement élevée (+350 V par exemple) alors qu'un stroboscope à LED se contente d'une tension faible (+12 V par exemple). Pour les modèles à tube, il faut adapter la tension du tube en fonction de son modèle (lire les caractéristiques fournies par son fabricant). Nous allons voir ici le principe utilisé pour réaliser une alimentation +300 Vdc ou +600 Vdc à partir du secteur 230 Vac.Aucun schéma complet de stroboscope n'est proposé ici.
Avertissement
Les stroboscopes à tube xénon sont alimentés directement sur le secteur, vous devez donc en avoir suffisament peur pour prendre les précautions élémentaires. Merci de lire mes avertissements, c'est un minimum avant de continuer.Alimentation +300 V
Ce premier schéma/synoptique montre comment obtenir une tension continue de +300 V à partir de la tension alternative 230 V du secteur.
Remarque importante : il ne s'agit pas d'un schéma complet. La section commande du tube avec son triac (ou thyristor) et transfo de déclenchement est réduite à un simple rectangle fonctionnel, ceci pour simplifier la lecture du "schéma/synoptique". Il en sera de même pour les schémas qui suivront.
Dans ce type de montage, la tension du secteur est simplement redressée par des diodes et filtrée par un condensateur, comme on a l'habitude de le voir au secondaire d'un transformateur d'alimentation basse tension. Sauf qu'au lieu de travailler avec une tension de 9 V ou 15 V, on travaille ici avec une tension efficace de 230 V, ce qui évidement impose l'emploi de composants autrement dimensionnés ! La tension continue obtenue après redressement et filtrage dépend de la tension du secteur EDF présente sur votre prise. Elle est égale à Veff * 1,41 (racine carrée de 2).
- Tension secteur de 220 Vac -> tension continue de (220 x 1,41) = 310 Vdc
- Tension secteur de 230 Vac -> tension continue de (230 x 1,41) = 324 Vdc
- Tension secteur de 240 Vac -> tension continue de (240 x 1,41) = 338 Vdc
Les diodes D1 à D4 permettent un redressement en double alternance, leur tension inverse doit être suffisament élevée pour résister aux crêtes de la tension secteur. Ici, nous choisissons des modèles 1000 V / 1 A, de classiques 1N4007 suffisent. On néglige ici la chute de tension introduite par les diodes, comprise entre 1,5 V et 2,0 V. Le filtrage est assuré par le condensateur C1, qui dans la pratique doit être de quelques uF et supporter une tension d'au moins 400 Vdc. On peut pour ce dernier utiliser plusieurs condensateurs non polarisés câblés en parallèle (par exemple 4 condensateurs de 1 uF / 400 V pour obtenir un condensateur équivalent de 4 uF / 400 V), utiliser plusieurs condensateurs chimiques polarisés câblés en série (par exemple 2 condensateur de 10 uF / 200 V pour obtenir un condensateur équivalent de 5 uF / 400 V) ou utiliser un seul condensateur chimique polarisé (par exemple 4,7 uF ou 10 uF / 400 V). Attention si vous utilisez des condensateurs polarisés, ne surtout pas les brancher à l'envers, ils exploseraient ! Sur le schéma synoptique, vous pouvez constater que le circuit de commande à triac est alimenté directement sous la tension continue de +300 V. Dans ce circuit de commande non détaillé ici, on peut trouver un circuit abaisseur de tension si les composants utilisés pour l'oscillateur qui rythme la cadence des flashes le réclament (avec par exemple une diode zener et une ou deux grosses résistances de limitation de courant). Ce type de câblage est utilisé dans une des versions de mon stroboscope à tube 002.
Alimentation +600 V
Le schéma/synoptique proposé ci-après permet de doubler la tension du secteur et d'obtenir une tension continue de valeur bien plus élevée.
Au lieu d'utiliser un pont de redressement double alternance suivi de son condensateur de filtrage, on utilise ici un doubleur de tension à diodes et condensateurs. Les alternances positives du secteur chargent le condensateur C1 à travers la diode D1, et les alternances négatives chargent le condensateur C2 à travers la diode D2. Comme les deux condensateurs C1 et C2 sont câblés en série, on obtient deux fois la valeur crête des alternances du secteur entre "le haut" de C1 et "le bas" de C2. La tension continue appliquée au tube xénon est ainsi de +600 V, alors que le circuit de commande n'est alimenté que sous une tension de +300 V (inutile de le stresser plus qu'il ne l'est déjà). C'est ce type de câblage qui est utilisé dans mon stroboscope à tube 001. On peut très bien envisager un câblage légèrement différent des "hautes tensions", qui produit les mêmes effets :
Dans ce dernier montage, le tube est toujours alimenté sous +600 V, et le circuit de commande est toujours alimenté sous +300 V. C'est ce dernier type de câblage qui est utilisé dans mon stroboscope à tube 002. Dans tous les cas, les condensateurs marqués C1 et C2 doivent posséder une tension de service d'au moins 400 Vdc (ou 250 Vac), et le condensateur libellé C3 doit avoir une tension de service d'au moins 750 Vdc (ou 500 Vac). La tension continue obtenue après doublement de tension et filtrage dépend de la tension du secteur EDF présente sur votre prise. Elle est égale à Veff * (racine carrée de 2) * 2.
- Tension secteur de 220 Vac -> tension continue de (220 x 1,41 x 2) = 620 Vdc
- Tension secteur de 230 Vac -> tension continue de (230 x 1,41 x 2) = 648 Vdc
- Tension secteur de 240 Vac -> tension continue de (240 x 1,41 x 2) = 676 Vdc
Amorçage du tube à éclats
Le tube à éclats (tube xénon) nécessite une tension élevée entre ses deux broches Anode et Cathode, mais en plus de cela il nécessite une impulsion THT (très haute tension) pour s'amorcer et délivrer son flash lumineux. C'est pourquoi on utilise un transformateur d'impulsion, dont le seul rôle est de transformer une "petite" impulsion de quelques centaines de volts, en une impulsion de quelques milliers de volts (4 kV, 6 kV ou 10 kV par exemple).
Ce schéma simplifié montre une méthode pour obtenir les impulsions THT de déclenchement. Au repos, le triac U1 n'est pas conducteur et le condensateur C1 peut se charger à travers R1 et le bobinage primaire de TR1. Quand le triac est rendu conducteur par le circuit de commande qui envoie une tension de valeur appropriée sur sa gachette, ses deux broches A1 et A2 se trouvent "reliées". Le condensateur C1 est alors brutalement déchargé dans le primaire de TR1, et le secondaire de TR1 délivre son impulsion de THT.
Tension nominale d'un tube à éclat
Selon le type de tube à éclats, la tension continue à appliquer entre l'anode et la cathode doit être comprise entre 250 V et 5000 V, alors que la tension de déclenchement peut être comprise entre 2 kV et 150 kV. Les tubes utilisés pour les stroboscopes nécessitent le plus souvent une tension comprise entre 100 V et 600 V. Quelques exemples :- Tube linéaire FT-L3222 (15 Ws) : 200 V à 400 V
- Tube linéaire FT-L4040 (50 Ws) : 200 V à 450 V
- Tube linéaire FT-L6070 (100 Ws) : 250 V à 500 V
- Tube linéaire XOP1500 (1500 Ws) : 100 V
Câblage du tube à éclat
Un tube à éclats est polarisé et doit être branché dans le bon sens, sinon sa durée de vie est raccourcie et le montage fonctionne mal (déclenchements irréguliers). La plupart des tubes à éclats possèdent un petit point coloré (souvent rouge) indiquant la position de l'anode ou de la cathode, cela dépend des fabricants et il faut donc y prêter une grande attention.
Dans les schémas que je propose, c'est l'anode qui est repérée par un point rouge. Mais pour certains tubes, c'est la cathode qui est repérée. Faites avant tout confiance aux indications fournies avec votre tube à éclat, avant de suivre à la lettre les indications que je donne ici.
Câblage du transformateur d'impulsions
Parfois le transformateur d'impulsion est vendu avec le tube à éclat, parfois vous devez vous le procurer séparément. Il existe plusieurs sortes de transformateurs d'impulsions, et leur câblage ne semble pas spécialement normalisé. Certains transfos possèdent 4 broches, d'autres n'en comportent que 3 (une des trois broches est dans ce cas commune au primaire et au secondaire).
Dans le doute, utilisez un ohmmètre pour mesurer la résistance des deux bobinages et ainsi repérer primaire et secondaire. Le bobinage dont la résistivité est la plus faible est le primaire et doit être connecté côté triac. Le bobinage dont la résistivité est la plus forte est le secondaire et doit être raccordé au tube à éclat. La distance des fils entre sortie (secondaire) du transformateur et tube à éclats doit être la plus courte possible. On peut utiliser du fil "spécial haute tension" mais des ratés peuvent se produire.
Différents modes de déclenchement
On peut déclencher les flashes de différentes façons :- avec une tension continue brève appliquée directement sur la gachette du triac, provenant d'un oscillateur interne (fonctionnement autonome);
- avec les crêtes de modulation d'une source sonore (utilisation obligatoire d'un transformateur BF d'isolement);
- avec une commande à distance USB ou RS232 par exemple, avec un optocoupleur (TIL111 ou MOC3020 par exemple) pour l'isolation.
Remarques diverses
- Pour limiter le courant d'appel lors de la mise sous tension, une résistance de puissance peut être câblée en série avec l'entrée secteur 230 Vac. Sa valeur peut être comprise entre 39 ohms et 1 kO, et la puissance qu'elle doit pouvoir dissiper doit être de quelques watts (typiquement entre 5 W et 15 W). Les valeurs que j'ai eu l'occasion de rencontrer dans différents schémas de stroboscopes sont les suivantes : 15 ohms 7 W, 47 ohms 2 W, 200 ohms 15 W, 220 ohms 5 W, 470 ohms 10 W, 1 kO 10 W et 2,7 kO 5 W. On ne trouve pas systématiquement cette résistance sur toutes les réalisations du commerce, mais sa présence est favorable pour une longévité accrue du stroboscope. Si cette résistance est placée sur le circuit imprimé, elle doit être légèrement surélevée (ne pas coller au circuit imprimé) pour laisser l'air passer en dessous, car elle chauffe.
- Les tubes à éclats de petite puissance (quelques joules) fonctionnent avec une tension comprise entre 200 V et 500 V, certains ne supportent pas plus de 350 V. Et certains tubes de puissance s'alimentent sous une tension de 100 V. Si vous ne savez pas quelle tension utiliser pour votre tube à éclats (absence de données techniques précises), je vous conseille vivement de ne pas l'utiliser du tout.
- La durée de vie d'un tube à éclats dépend de plusieurs facteurs et il est difficile de l'évaluer avec précision. Cela dépend de la tension continue appliquée entre son anode et sa cathode, de la durée de l'impulsion de déclenchement (et de la durée du flash), de l'énergie déployée par le tube à chaque flash. L'usure du tube au fil du temps est inévitable (c'est comme ça), on peut espérer une durée de vie de quelques centaines d'heures, peut-être 2 ans en usage "normal" (quelques minutes pour une soirée par semaine).
Historique
04/05/2014- Première mise à disposition.