Ajustement de l’alimentation 5V sur System 9-11

Auteur : Nénesse Lapointe

Quand on a suivi toutes les recommandations données sur le wiki, et que l’alimentation 5V est malgré tout faiblarde sur la carte CPU, du style 4,8V, que peut-on faire de plus ?

Préambule

J’ai en pension un Williams Space Shuttle (System 9) avec une CPU en rade affichant le code erreur 7. En cherchant des infos sur internet, j’ai lu qu’il fallait avant tout vérifier l’alimentation 5V, ce que j’ai fait : 4,93V en sortie de l’alimentation et 4,8V sur le microprocesseur de la CPU. Des valeurs trop faibles …

Le changement des connecteurs entre l’alimentation et la CPU n’a pas amélioré la situation. J’ai donc commandé des LM723 sur un site marchand (Le LM723 est un des composants électroniques responsables du 5V sur la carte alimentation). J’ai également récupéré des LM723 qui dormaient dans un tiroir depuis très longtemps.

Après avoir retiré l’ancien composant et mis un support tulipe, j’ai installé le LM723 que j’avais commandé et je me suis aperçu avec surprise que la tension de sortie de l’alimentation était plus faible qu’avec le composant d’origine. J’ai essayé un deuxième LM723, d’un autre fabricant, et la tension était plus élevée.

C’est à ce moment-là que je me suis gratté la tête ! J’ai cherché sur le net …
Un membre Flipjuke de l’extrême ouest, se préoccupait aussi d’une alim 5V faiblarde sur un EarthShaker (System 11). Nous avons échangé sur le sujet.

Les valeurs de tensions attendues sont notées sur le schéma, on y voit notamment que sur la broche 6 on doit avoir 7,1V et sur la broche 5, 5V.
Il y a une erreur sur le schéma, concernant R8 (Il est noté 5,99k au lieu de 4,99k. Sur la nomenclature des composants, R8 est bien spécifiée 4,99k).

J’ai pris des mesures avec 4 composants LM723 différents :

Composant LM723
Provenance	Composant d’origine	Acheté	Ancien stock	Ancien stock
Vref (Tension broche 6-masse)	7,1V	6,97V	7,29V	7,15V
Non Inverting Input (Tension broche 5-masse)	4,93V	4,87V	5,08V	4,99V
TP1	4,93V	4,87V	5,08V	4,99V

On s’aperçoit que la tension en TP1 a la même valeur que la tension entre la broche 5 et la masse. Et que cette tension dépend du composant LM723 installé.

J’ai donc regardé de plus près la documentation technique du LM723 :

• http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm723.pdf
• http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/nationalsemiconductor/DS008563.PDF
• https://www.digchip.com/datasheets/parts/datasheet/456/LM723-pdf.php

Etude du composant LM723

Circuit équivalent au composant LM723

On voit que le composant est alimenté entre V+ (broche 12) et V- (broche 7). La valeur d’alimentation du composant entre ces broches doit être comprise entre 9,5V et 40V, cette valeur n’est pas problématique dans notre cas (sur le schéma System 9 il est indiqué 26,7V, j’ai mesuré un peu moins 22,4V sur mon flipper). A partir de cette tension d’alimentation, le composant fournit une tension de référence VREF sur la broche 6.
Cette tension VREF est particulièrement importante car c’est elle qui va déterminer la tension de sortie.

Quelque soit la tension d’alimentation du composant, la tension VREF sera toujours comprise entre 6,95V et 7,35V (avec une valeur typique de 7,15V). Pour le LM723C c’est entre 6,8V et 7,5V.
Ces différences vont avoir un impact sur la valeur de la tension de sortie.

Une application typique du composant LM723

Dans sa documentation, le constructeur décrit des exemples typiques d’utilisation du LM723. Williams s’est inspiré d’un de ces exemples lors de la conception de la carte d’alimentation System 9 (Figure 4 ci-dessus).

Le constructeur donne des valeurs de résistances pour obtenir des tensions de sortie spécifiques.
Pour obtenir 5V, le constructeur recommande d’installer en R1 une résistance de 2,15kohms et en R2 une résistance de 4,99kohms. Ces valeurs sont utilisées sur la carte d’alimentation System 9.

Si on fait le calcul avec les valeurs VREF=7,15V, R1=2,15kohms, R2=4,99kohms, on trouve une tension présente sur la broche 5 de 5V. Et une tension identique sur la sortie TP1.

Pour en savoir plus : http://www.electronique-3d.fr/Le_regulateur_LM723.html

Le problème c’est la valeur du VREF qui peut être comprise entre 6,8V et 7,5V ce qui modifie considérablement la tension de sortie.

Avec VREF=6,8V, la tension de sortie tombe à 4,75V.

Sur ce schéma, R1 correspond à R7 et R2 à R8.

Les solutions pour atteindre 5V (ou légèrement plus)

Solution 1, la plus simple :

Remplacer R8 (4,99kohms) par une valeur supérieure 5,1 kohms, 5,6 kohms ou 6,2 kohms. La valeur
5,6 kohms me paraît la plus appropriée. N’oublier pas de vérifier la tension avant de brancher la CPU.

• Avantage : Facilité de mise en œuvre
• Inconvénient : Pas de possibilité d’ajuster la tension de sortie.

Solution 2 :

Ajouter une résistance ajustable en série avec la résistance R8 de façon à réaliser le schéma suivant :

Pour plus de précision dans mon réglage, j’ai décidé d’installer une résistance ajustable de type « trimmer multitours vertical », de valeur 1kohms.

C’est quoi un trimmer multitours vertical ?

Ce composant va permettre de réaliser une résistance variable de 0 ohms à 1kohms. Mis en série avec la résistance de 4,99kohms, on pourra faire varier R8 de 4,99kohms à 5,99 kohms en tournant une vis située sur le dessus du composant.

Modification à réaliser sur une alimentation System 9

J’ai réglé sur table la valeur de la tension de sortie à 5,1V.

Installation dans le fronton et vérification de la tension de sortie (Connecteurs débranchés sauf celui venant du transformateur).

Modification à réaliser sur une alimentation Williams System 11

1. Dessouder une broche de la résistance R8
2. Positionner la résistance R8 de façon verticale
3. Utiliser la pastille laissée vide sur la carte pour souder la première broche du multitours (Voir photo ci-dessous)
4. Souder l’autre broche de la résistance R8 sur les deux dernières broches du multitours (Ou sur la broche du milieu du multitours, ça revient à la même chose).

N’ayant pas d’alimentation de System 11, j’ai simulé le remplacement de la résistance sur une plaque à essai.

On retrouve le même schéma autour du 723 avec les mêmes valeurs de résistance appelées ici R2 et R3.

Conclusion

Les problèmes de 5V sont fréquents et d’origines diverses. La carte CPU de mon Space Shuttle consomme 1,3A (cette valeur m’a surpris mais elle est confirmée dans la documentation). Avec la connectique et les fils, la perte était de 0,15V environ sur les 5V, malgré des connecteurs neufs. Cette solution doit permettre d’avoir une tension sur la CPU plus proche de 5V. Et donc d’éviter de nombreux dysfonctionnements.

Remerciements aux membres de Flipjuke

• Thierry 04 pour ses articles sur son site.
• Leveeger pour ses traductions techniques.
• SRTX pour les photos de l’alimentation de son Earthshaker et ses encouragements.