RIGOL DS 1052E (alimentation)
Appareil : Oscilloscope numérique
Date : années 2010
Marque : Rigol
Type : DS 1052E, et plus généralement, pour l'objet de cette page, série 1000
Traces : 2
Fréquences : 50MHz de bande passante, échantillonage à 1GHz
L'objectif de cette page n'est pas de présenter ce petit oscilloscope chinois dont on trouve facilement la documentation sur le net mais d'expliquer comment fonctionne son alimentation et comment la réparer si elle devait tomber en panne, ce qui m'est arrivé.
The purpose of this page is to explain how the power supply of the DS1052E oscilloscope (DS1000 series) works and how to repair it if it should fail, which has happened to me.
Mais avant d'en arriver là, sachez qu'il s'agit d'un bon appareil, plutôt bien construit et qui pour ma part, m'a rendu bien des services.
Panne de l'alimentation
La panne décrite ici est survenue de la façon suivante :
Dans un premier temps, l’écran de l’oscilloscope s’est brutalement arrêté (écran noir). J’ai d’abord pensé à une prise secteur mal enfichée. Après avoir éteint l’oscilloscope, j’ai vérifié les branchement et rallumé l’appareil.
Il a refonctionné, puis la luminosité de l’écran s’est mise à fluctuer et enfin, j’ai entendu un « clac » de mauvaise augure. Pourtant, pas de fumées. De nouveau, écran noir et cette fois, il n’a pas redémarré.
J’ai d’abord pensé à une capacité qui avait cédée. Mais pour m’en assurer, il fallait ouvrir la bête.
Démontage de l'oscilloscope
On trouve assez facilement sur le net un bout de manuel de service ([archive]) qui décrit comment ouvrir l’appareil. Mais pour ceux qui ne trouveraient pas, voici la procédure :
- dévissez les deux vis torx à l’arrière, en bas du boîtier.
- relever la poignée à 45°. Vous verrez alors deux autres vis torx qu’il faut également dévisser.
- retirer le bouton marche arrêt en tirant dessus (il est clipsé).
- ça se gâte du coté de la prise secteur. Les deux vis à tête bombées empêche la partie
arrière du boîtier de se déboîter. Pour ma part, je les ai dévissées. Mais ce n’est pas très
facile car elles sont maintenues par des écrous de l’autre coté de la prise secteur.
En pratique, il faut pousser l’enjoliveur situé entre le boîtier et la prise (pas la prise elle même). Ceci fait, le boîtier peut être déboîté en le tirant vers l’arrière. - retirez ensuite les blindages métalliques qui entourent l’électronique de l’oscilloscope. La carte d’alimentation est alors immédiatement visible. Dévissez les vis qui la retiennent au châssis ainsi que la vis qui relie la terre de l’alim au boîtier.
L’alimentation possède deux connecteur. Un plat qui fait la liaison avec la carte mère, un autre à deux broches qui part vers l’écran. Il s’agit du câble qui alimente le rétroéclairage (rose/noir). Déconnectez les tous les deux.
Observez la carte. Pour ma part, le fusible n’avait pas sauté et aucun composant n'était visuellement endommagé.
Remettez la carte sous tension en prenant garde de ne pas prendre une châtaigne ou de créer un court-circuit. Il y a plus de 300V qui circulent !
Mesurez les tensions à la sortie du connecteur (voir schéma plus loin). Vous devriez trouver 0V partout ou peu s’en faut.
Par contre, vous devriez trouver 316V aux bornes du condensateur de filtrage haute-tension.
Déchargez les condensateurs (une résistance d’une centaine d’ohms aux bornes du condensateur haute tension) pour effectuer ensuite quelques mesures statiques. Vérifiez que le transformateur n’est pas coupée, idem pour la self (mais si vous avez mesuré les 316 volts, c’est qu’elle n’est pas coupée) et vérifiez qu’il n’y a pas un condensateur en court-circuit. Pour ma part, il n’y avait pas d’anomalie.
Par chance, quelqu’un s’est amusé à faire une partie de la rétro-ingénierie de cette carte. Je l’ai refaite également en plus précis et plus lisible en partant de ce schéma et de ma propre carte. Les tensions indiquées en sorties sont celles réellement mesurées. Certaines sont différentes du schéma pré-cité ! En particulier, dans le schéma proposé sur eevblog, la tension négative est de -12V. Sur ma carte, une fois réparée, elle est de -9,5V. Par contre, il a fallu que je la répare pour le savoir... Et donc, lors des tests avant la réparation, j'ai injecté du -12V au lieu de -9,5V. Visiblement, l'oscilloscope n'a pas souffert (et comme ça, vous savez que la réparation a été faite).
Principe de l’alimentation
D'abord, une photo de l'alimentation en cours de réparation.
Alimentation / power supply DS1052E. Cliquez pour agrandir.
Le schéma, de la partie haute-tension est donné ci-après.
Rigol DS 1052E, schéma de la partie haute-tension de l'alimentation. Cliquez pour agrandir.
La partie haute-tension est très classique : prise secteur, interrupteur marche-arrêt, fusible, filtre secteur, self, production de la haute tension via un TOP247YN pour générer un courant alternatif de 132kHz sur le primaire du transformateur. Il est commandé par la pin 1 (C). Cette commande déclenche la production du signal à 132kHz sur la pin 7 (D).
Le schéma, de la partie basse-tension et régulation est donné ci-après :
Rigol DS 1052E, schéma de la partie basse-tension de l'alimentation. Cliquez pour agrandir.
Le signal « Comd » (pin 1 (C) du TOP247YN) est produit par un optocoupleur 4N35 dont la LED s’active lorsque la Zener programmable TL431AC devient passante. Le pont formé par les résistances de 15,6k et 10k donnent une tension de déclenchement de 6,4V (calculé) sur la commande du TL431AC. Dès que cette tension est atteinte ou dépassée, le TL431AC (dont la cathode est à 6,4V (calculé) via la résistance de 100 ohms en série avec la LED de l’optocoupleur) devient passant. La LED s’allume alors déclenchant la commande du TOP247YN.
S3 est bobiné pour produire une tension de -9,5V (mesuré) après redressement et filtrage lorsque S1 produit la tension de 6,4V (calculée) après redressement et filtrage.
Une tension de 3,375V (calculée) est générée à partir du 6,4V (calculé) via un LM317T monté sur radiateur. En fonctionnement, sa température monte aux environs de 55°C.
Le 15V (calculé) est généré via S2 et un régulateur LM317L.
On notera la présence d’un signal de commande du rétroéclairage piloté par un MOSFET 1861. On notera également la présence d’un signal de 50HZ synchronisé avec le secteur via un optocoupleur.
Ne sachant pas où était la panne mais soupçonnant, soit la régulation (optocoupleur U3, Zener programmable U2), soit le TOP247YN, soit les deux ou plus embêtant, le transformateur en court-circuit (pas facile à savoir étant donné la très faible résistance ohmique au secondaire), j’ai d’abord voulu m’assurer que la partie filtrage-régulation linéaire fonctionnait correctement.
3 sorties d’alimentations de laboratoire sont nécessaires :
- une fournie le 6,4V (calculé) que l’on injecte sur la cathode de D15.
- une fournie environ 17V que l’on injecte sur la cathode de l’UF4005.
- une fournie -9,5V sur l’anode de D11. Note : en réalité, j'ai injecté -12V sur la base du schéma disponible sur eevblog.
- les masses sont communes.
L’oscilloscope a refonctionné quelques instants. Le rétro-éclairage a ensuite fluctué puis l'écran est devenu noir.
J’ai refait un marche-arrêt complet. A partir de là, l’oscilloscope a parfaitement fonctionné ce qui m’a fait soupçonné un problème de court-circuit dans une capacité sur la carte mère ou sur le contrôleur écran qui s’est ouvert suite au courant qui le parcourait.
Voici le relevé de tension, oscilloscope en fonctionnement sur les alimentations de laboratoire :
- 6,4V (donné par l’alimentation de laboratoire), entre 1,7A et 1,9A.
- -9,5V (donné par l’alimentation de laboratoire), 360mA.
- 15,1V à partir du 17V donné par une alimentation. On attend normalement 15V (calculé). L’intensité est négligeable.
- 3,30V à partir du 6,4V. On attend normalement 3,375V (calculé). Intensité non mesurée.
Tentative de réparation
J'ai remplacé le TOP247YN ainsi que le 4N35 de la régulation par précaution. Les tensions à vide étaient les suivantes
- 6,3V.
- -9V.
- 13,6V au lieu de 15V (calculé) sachant qu'en entrée du régulateur, la tension était de 15V.
- 3,30V au lieu de 3,375V (calculé).
Comme je n'avais rien à perdre, j'ai reconnecté l'oscilloscope à l'alimentation. Les tensions mesurées en charge sont les suivantes :
- 6,3V.
- -9,5V (au lieu des -12V indiqué sur le schéma d'eevblog).
- 15V.
- 3,30V.
Pour autant, je ne sais toujours pas pourquoi l'alimentation est tombée en panne... Quoique : lorsque après la réparation, j'ai réutilisé le cordon secteur d'origine (pendant la réparation, j'en utilisais un autre), j'ai eu beaucoup de mal à le brancher sur la prise secteur. Or, comme avant la panne, je venais de brancher l'oscilloscope sur une autre prise de courant que la prise de courant habituelle, il est possible que je l'ai mal enfoncée, créant ainsi une série de mauvais contacts fatals pour l'alimentation. C'est l'explication que je retiens car au moins, c'en est une !
Note pour le remontage : faites attention de faire en sorte que le câble plat d'alimentation ne créé pas un obstacle au refroidissement du régulateur LM317T.
Alternative à l'alimentation d'origine
En attendant de recevoir le TOP247YN, je me suis dit que si c'était le transformateur qui était en cause, mieux valait remplacer l'alimentation à découpage par une alimentation linéaire classique. Etant donné les tensions et les courants nécessaires, c'est faisable. Mieux, il existe des transformateurs "profil bas" qui peuvent prendre place dans le boitier.
On utilisera deux transformateurs. Un délivre du 6V alternatif en 50VA, l'autre, symétrique, délivre du 2x12V. L'ensemble transformateur, redressement, régulation du 6,3V et du -9,5V est monté sur un circuit imprimé fixé au boitier métallique intérieur de l'oscilloscope.
On dépeuple l'alimentation d'origine de certains de ses composants devenus inutiles. On connecte le 230V aux deux transformateurs et les sorties sur la partie filtrage (et régulation pour le 3,3V et le 15V) de l'alimentation d'origine.
les schémas de principe sont donnés ci-après.
Rigol DS 1052E, alimentation alternative.
Rigol DS 1052E, alimentation alternative suite.