Alimentation 90V (ou 120V) régulée - Le logiciel KICAD

Je vous présente toutes les étapes de cette réalisation avec le logiciel Kicad. Je voulais depuis pas mal de temps vous montrer les possibilités de Kicad, en voici l'occasion. J'ai placé pas mal de liens très utiles au bas de l'article.

1 Pourquoi cette alim, avec cette tension bizarre ?

Cette réalisation fait partie d'un projet plus ambitieux : La mesure de la vitesse de la lumière, plus précisément la mesure du "temps de vol" d'une impulsion laser avec comme récepteur une photodiode à avalanche ultra rapide (AD500-8). Les caractéristiques de ce composant sont remarquables :
  • Fréquence de cut-off à -3dB = 1GHz
  • Rise time = 0.35ns
De quoi faire un peu mieux que Galilée avec des aides démasquant des lanternes !
Mieux aussi que ce que nous avons déjà fait ici...

Mais... l' AD500-8 doit être alimentée avec une tension entre 80V et 120V, à ajuster suivant l'échantillon et la réponse souhaité (sensibilité, rapidité...) D'où cette alimentation. Notons que l'AD500-8 est utilisé couramment dans les télémètres longue portée (600m) tels que ceux utilisé par les joueurs de Golf pour connaître la distance des trous. C'est alors le principe inverse qui est utilisé : connaissant "c", la mesure de "t" donne la distance.

2 Première étape : Elaboration du schéma

La saisie du schéma avec le logiciel libre Kicad (module Eeschema). Cette étape théorique, calculatrice à la main, se fait en parallèle avec une expérimentation sur carte d'essai (sauf bien entendu en UHF où la réalisation de circuits imprimés est nécessaire).

3 Version de KiCad

KiCad version 6.99.0

tournant sur Linux Mint 19.2 Tina 64-bit
Noyau Linux 4.15.0-72-generic x86_64
MATE 1.22.0

Processeur : AMD A8-6500 APU with Radeon(tm) HD Graphics × 4

KiCad installé par Synaptic après ajout du dépôt PPA suivant :

deb http://ppa.launchpad.net/js-reynaud/ppa-kicad/ubuntu bionic main

4 Expérimentation, mesure et tests :

5 Le choix des empruntes des composants (Footprints)

.

... parmi des milliers disponibles, avec le module Cvpcb de Kicad

6 Le dessin du circuit imprimé

Ce dessin se fait lui aussi avec Kicad (module Pcbnew).

7 Le choix des modèles 3D (3D_shapes)

Il en existe également des milliers, il est possible de les modifier avec le logiciel FreeCAD

8 Modification du modèle 3D d'un composant avec FreeCAD

9 Version de FreeDAD :

Il faut ajouter le PPA suivant :

deb http://ppa.launchpad.net/freecad-community/ppa/ubuntu bionic main

10 FreeCAD : ajout d'un Atelier

Afin de faciliter la prise en charge des 3D_shapes de KiCad par le logiciel FreeCAD, il faut ajouter dans ce dernier "l'atelier" (= le Module) KiCadStepUp

11 FreeCAD : Installation de modules additionnels

Depuis la version 0.17, FreeCAD propose un gestionnaire d'extensions (Addon Manager) qui permet l'installation et la mise à jour facile de modules additionnels ainsi que de macros. Il suffit de le lancer dans FreeCAD depuis le menu Outils.
source :

12 L'image 3D de la carte avec le module 3D viewer de Kicad :

13 On peut la faire tourner à la souris...

14 dans tous les sens

15 Animation vidéo de la carte :


16 Création du fichier Gerber

Le fichier Gerber servira à piloter une machine pour la fabrication du circuit imprimé. Une fonction d'exportation "plot" du module Pcbnew de Kicad permet de le créer. Puis un module de Kicad "Gerber View" permet de l'afficher.

On peut alors déceler à l’œil des particularités du dessin pas totalement satisfaisantes, du fait que le tracé est débarrassé de tous les composants. (En principe il ne s'agit pas d'erreur à proprement parler à ce stade, puisque une fonction DRC control de Pcbnew sert à indiquer graphiquement toute erreur de connexion ou d'isolation inter-piste ou pastilles -> c'est le bouton "coccinelle").

17 Paramétrage du fichier Gerber

Point Drill and Place Offfset

Il y a lieu de configurer correctement les paramètres pour le fichier Gerber avant sa création.
Et avant tout il faut placer le point origine avec la commande "Drill and place Offset" (menu "Place") de Pcbnew.
Pour le cas d'une utilisation avec ma machine de flashage laser (décrite sur ce site) ce point doit être placé dans l'angle au bas à gauche du circuit, de sorte que toutes les coordonnées dans le fichier Gerber soient positives.

18 Ma machine de flashage est contente :

19 La réalisation

.

Sur l'image de droite qui est une vraie photo de la carte, on peut voir les pistes par transparence parce que le support en verre époxy est très fin. Les pistes se trouvent donc bien côté cuivre et non côté éléments ! Quant aux condensateurs électrochimiques, leur hauteur est en effet plus grande que prévue.

Et ça fonctionne comme prévu tout ça ? Ben oui ! 90V en sortie, réglables de 86V à 97V par la résistance ajustable.

Juste une précision : Le condensateur rouge C7 (10nF) doit être un modèle 250V ou plus puisqu'il est placé sur la sortie HT.

Bien, maintenant que nous possédons cette alim, nous allons pouvoir passer aux choses sérieuses : La réalisation d'une manip en vue de mesurer la vitesse de la lumière. Cela fera l'objet d'un nouvel article sur ce site.

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