Nouvelle alimentation pour Gottlieb System-80 et System-80A

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pascal j
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Nouvelle alimentation pour Gottlieb System-80 et System-80A

Message par pascal j » mar. 27 07, 2004 21:31

Nouvelle alimentation pour Gottlieb System-80 et System-80A

INTRODUCTION
En fidèle lecteur, et si ce n'est pas déjà fait, vous avez lu mon autre article sur la nouvelle carte d'alimentation pour jeux Gottlieb System-1... En 2ème service, voici une nouvelle jeunesse pour cette autre vénérable carte d'alimentation, en grande partie identique à celle de leurs illustres précédesseurs, à quelques exceptions près :
  • La section +5V, toujours à base de LM723 (mais en boitier DIP14 bien plus courant), reçoit le 12V déjà redressé filtré par un pont de diodes et un condensateur de filtrage sur la platine des transformateurs ; mais le transistor ballast est vissé sur un dissipateur monstrueux (4 dm2 ! refaites le calcul de dissipation avec VE=12V VS=5V IS=3A et vous comprendrez pourquoi) vu que le courant à débiter peut dépasser les 2.5A selon les cartes installées dans le jeu (nombre d'afficheurs et de pop bumpers, carte son parlante etc)
  • La partie +60V est grandement simplifiée : tension de base fixe (diode zener CR5), aucun ajustage
  • La partie -12V a disparu, les circuits Rockwell de la série 6500 n'ayant besoin que du +5V
  • 2 LED signalent la présence des +12V et +5V
  • Divers points de test permettent de mesurer toutes les tensions
Pourtant, elle est entâchée d'un vilain défaut sur le +8V : la résistance limitatrice R10 de 30 ohms force un courant bien plus important que nécessaire dans la diode zener CR7, qui se met donc à chauffer tellement qu'elle brûle littéralement le circuit imprimé autour d'elle. C'est d'ailleurs le plus facile à observer, cette grosse tâche noire de brûlé autour de CR7.. Pour y remédier, il suffit de changer R10 pour une 470 ohms 1/2W (et CR7 elle-même éventuellement bien sur).

A QUELS JEUX CETTE CARTE EST-ELLE DESTINEE ?
A tous les flippers Gottlieb des 2 séries System-80 et System-80A, dont voici la liste exhaustive (merci à Jean-René Karr !) :
System 80
Spiderman, Panthera, Circus, Counterforce, Star Race, James Bond, Time Line, Force II, Pink Panther, Mars God of War, Volcano, Black Hole / Eclipse et Haunted House

System 80a
Devil's Dare, Caveman, Rocky, Spirit, Punk, Striker, Krull, Q*bert's Quest, Super Orbit, Royal Flush Deluxe, Goin Nuts, Amazon Hunt, Rack 'Em Up, Ready Aim Fire, Jacks to Open, Alien Star, The Games, Touchdown, El Dorado et Ice Fever

NOUVEAU SCHEMA +5V
Comme pour les system-1, la carte d'alimentation d'origine repose sur le principe de la régulation dite "linéaire"pour générer les 2 tensions principales: +5V et +60V ; se référer à mon autre article pour plus de détails. Cette nouvelle carte d'alimentation-ci passe au tout-découpage, tant pour le +5V que pour le +60V.

La partie +5V réutilise la même circuiterie à découpage "buck" que pour ma carte system-1, à base de LM2576T-5, sauf que ses performances ont été gonflées (et les composants critiqués adaptés : bobine et diode) pour pouvoir débiter un courant jusqu'à 3A. A noter qu'à un tel courant, le circuit de régulation dissipe pas mal de chaleur, qui est néanmoins sans commune mesure avec la circuiterie linéaire d'origine vu qu'il se contentera d'un mini-radiateur gravé sur le circuit imprimé même (voir plus loin). Le condensateur C.OUT est lui redimensionné pour pouvoir débiter un
courant plus élevé pendant la phase de commutation où lui seul assure
l'alimentation de la charge.

Petit ajout : une diode "transil" en sortie, qui va écrêter toutes les pointes de surtensions générées principalement par les bobines du plateau. C'est une sorte de super diode zener (fort courant à commutation ultra-rapide) qui protège à la fois la circuiterie du +5V et tous les circuits alimentés en aval. J'utilise la même sur toutes mes cartes PI-1 et PI-1 X4. De plus, si l'alimentation tombe en carafe et envoie une tension supérieure à 7V sur le +5V, au lieu de tout faire griller, la diode transil va dériver la surtension vers la masse (sous forme de courant), la limitant à 7V. Selon le courant nécessaire, elle pourra jusqu'à griller le fusible de protection en amont pour une protection intégrale. Un vrai petit bijou, mais qui a un coût et peut être difficile à trouver, je l'ai donc marquée "optionnelle".

NOUVEAU SCHEMA +60V
Là, j'avoue que je me suis fait plaisir, et j'ai laissé tomber le TL783C pour un montage à découpage "boost" à base de LM2577T-ADJ, toujours de chez National Semiconductors, qui va faire ce qu'une alimentation linéaire est incapable de faire : partir du +12V général pour obtenir du +60V et en plus sans aucune émission de chaleur ! (enfin, aux faibles courant mis en oeuvre, inférieurs à 150mA). En contrepartie, le prix de revient est plus élevé, surtout à cause du LM2577T qui avoisine les 10 euros pièce.

Image

En voici le principe, avec les deux phases de commutation pour l'électronique de régulation :
  • Transistor conducteur (fermé) : le courant passe à travers la bobine, qui se charge en énergie ; la diode est bloquée et seule l'énergie du condensateur C.OUT alimente la charge (VS)
  • Transistor bloqué (ouvert) : le courant dans la bobine ne peut s'interrompre brutalement et s'écoule à travers la diode, devenue passante, dans la charge et le condensateur C.OUT
En jouant sur le temps passé dans chacune des 2 phases, le circuit de régulation assure la tension de sortie demandée. Le condensateur de sortie C.OUT encaisse les variations de tension et de courant et "lisse" la tension de sortie VS.
Les mêmes composants, comme pour le montage "buck", seront en tout et pour tout nécessaires :
  • Le circuit de régulation à découpage
  • Le transistor de commutation, intégré au régulateur
  • La bobine
  • La diode
  • Les 2 condensateurs d'entrée et de sortie
RAPPEL : dans ce genre de circuit, la diode et le condensateur de sortie C.OUT sont deux composants critiques qui ne doivent pas être choisis à la légère (voir remarques dans mon autre article)
La diode doit toujours impérativement être du type "schottky" (ou bien "ultra fast" en 2ème choix) mais on trouve plus difficilement des diodes schottky tenant les tensions élevées du montage (60V + marge de fonctionnement). Il faudra alors peut-être se rabattre sur le 2è choix (diode ultra fast) qui diminue l'efficacité de la régulation mais ça n'a que très peu d'impact aux faibles courants produits. Je proposerai dans la liste des composants les 2 types de diodes, si la diode schottky est difficile à se procurer.
Dans notre cas, les paramètres seront les suivants :
  • VE min = 12V (transformateur à pleine charge)
  • VE max = 15V (transformateur à faible charge)
  • VS = 60V
  • IS = 150mA max (avec 7 afficheurs installés, comme sur mon Striker)
..et nous conduisent directement à ce schéma applicatif. Simple non ? Cliquer ici pour le schéma au format PDF "SCHEMA80.PDF"
Bémol : le LM2577 est intégralement protégé (court-circuits, surchauffe) mais, paradoxe, pas les autres composants du schéma. En regardant bien on voit que si la sortie est en court-circuit franc à la masse, c'est la diode qui va encaisser tout le courant à travers la bobine, et donc il faut impérativement la protéger. J'ai utilisé un fusible réarmable type Polyswitch (Raychem), comme pour mes cartes PI-1, en série sur le +60V en sortie, qui va couper le +60V si le courant débité dépasse les 170mA, et le rétablira si la surcharge disparait. En cas de difficulté d'approvisionnement, on peut très bien le remplacer par un petit fusible rapide de 200mA, mais en cas de surcharge, le fusible fond et doit être remplacé, alors que le Polyswitch se réarme tout seul !

On trouvera en outre 3 LED témoin pour chacune des tensions (+5V +8V +60V/+42V) et mon petit bornier fétiche pour récupérer le +12V en cas de besoin.
GENERATION TENSIONS ANNEXES
Manquent encore à l'appel quelques tensions:
  • Le +42V pour le petit afficheur des parties, tiré du +60V en lui soustrayant la valeur (18V) de la diode zener D4
  • Le +8V pour les gros afficheurs des scores, tiré du +12V général venant du transfo par la diode zener D2
APPROVISIONNEMENT DES COMPOSANTS
Voici la liste complète, avec les 2 couples de valeurs pour R3 et R4 selon si U1 est un T-5 ou un T-ADJ :
Référence(s) Valeur Note
D1 Diode schottky 31DQ03 ou 31DQ04ou ultra-fast MUR 420 Attention composant important, voir texte
D2 Diode zener 8.2V 1.3W BZX85C8V2
D3 Diode schottky 11DQ10ou ultra-fast MUR 120 Attention composant important, voir texte
D4 Diode zener 18V 1.3W BZX85C18
TRANSIL1 Diode transil SA5.0A, BZW04P5V8 ou P6KE6.8A optionnelle (voir texte)
C1, C7 220 µf 25V min chimique radial (debout)
C2 2200 µf 16V min ESR chimique radial (debout)Attention composant important, voir texte
C3, C4 470 nf 63V non polarisé, type mylar MKT
C5 100 µf 100V ESR chimique radial (debout)Attention composant important, voir texte
C6 100 nf 100V non polarisé, type mylar MKT
RA, RB dépendent de U1 voir tableau ci-dessous
R1, R2 220 à 270 ohms 1/4W 5%
R3 2.2 Kohms 1/4W 5%
R4 47 Kohms 1/4W 5%
R5 1K Kohms 1/4W 5%
R6 4.7 Kohms carbone 1W 5%
L1 100 µH 3.2A min verticaleModèle conseillé: Panasonic 100µH 3.2A ELC18B Radiospares réf. 233-5409 (1.76€HT)
L2 680 µH (ou 1mH) 1A min verticaleModèle conseillé: Panasonic 680µH 1.4A ELC18B Radiospares réf. 233-5437 (1.76€HT)
LD1 LED 5mm jaune
LD2 LED 5mm verte
LD3 LED 5mm rouge
EXT Bornier à vis 2 points 5mm optionnel (voir texte)
A2P1 Molex mâle série KK 3.96mm 9 points n'existe qu'en 10 points chez Radiospares, couper la broche en trop
Réf. Radiospares réf. 245-4588 (6.25€HT/5)
A2P2 Molex mâle série KK 3.96mm 6 points Réf. Molex 39-26-3060Radiospares réf. 245-4566 (4.53€HT/5)
A2P3 Molex mâle série KK 3.96mm 8 points Réf. Molex 39-26-3080Radiospares réf. 245-4572 (5.31€HT/5)
ou alors une rangée Molex KK sécable droite 24 points, à couper à la bonne longueur pour A2P1 A2P2 A2P3 Réf. Molex 26-48-1245Radiospares réf. 173-3048 (15.48€HT/10)
U1 LM2576T-5 ou LM2576T-ADJ le circuit imprimé sert de radiateur (voir texte)voir tableau ci-dessous pour RA et RB
U2 LM2577T-ADJ aucun radiateur n'est nécessaire
Divers Graisse thermoconductrice siliconeVernis rouge de blocage (JELT)Vis diam. 3mm longueur 10mm + rondelle dentelée ou grower pour fixer U1 au circuit imprimé (voir texte)
Pour choisir RA et RB selon le modèle de U1 (voir également le texte) :
Référence U1 Valeur RA Valeur RB
LM2576T-5 strap isolé ou résistance 1/4W de 1 à 4.7 ohmsvoir texte rien (non implantée)
LM2576T-ADJ 6.19 ou 6.2 Kohms 1/4Wcouche métal précision 1% 2 Kohms 1/4Wcouche métal précision 1%
CIRCUIT IMPRIME
Voici tous les plans nécessaires pour réaliser le circuit imprimé, ainsi que l'implantation des composants (pas de réel besoin de sérigraphie). L'ensemble des composants prend place sur une platine du quart de la taille de la carte d'origine.

ATTENTION à 2 choses :
  • La face soudures (inférieure) du PCB est déjà en miroir
  • Lors de l'impression des faces supérieure et inférieure, prendre garde à l'échelle ! Souvent le pilote d'imprimante change légèrement l'échelle (vu sur une laser très haut de gamme) donc il faudra certainement retoucher les facteurs de mise à l'échelle X et Y jusqu'à obtenir un dessin aux dimensions exactes L= 20.32 cm et l= 4.06 cm qui sont d'ailleurs rappelées sur le schéma d'implantation (en mils = millièmes de pouces).
Cliquer ici pour le plan du circuit imprimé face composants (supérieure) au format PDF "PCB_COMPO80.PDF"
Cliquer ici pour le plan du circuit imprimé face soudures (inférieure) au format PDF "PCB_SOUDURES80.PDF"
Cliquer ici pour le plan d'implantation des composants au format PDF "PCB_IMPLANT80.PDF"


REALISATION
Pour cette carte-ci, le circuit imprimé à double face s'imposait pour plusieurs raisons impératives :
  • pour réaliser un radiateur de dissipation pour U1
  • pour améliorer les connexions de masse générales en les faisant courir des 2 côtés de la carte, vu les courants mis en oeuvre (3A max sur +5V)
  • pour réaliser la connexion A2P2-6 vers A2P1-3 qui d'après mes schémas (j'ai vérifié tous les jeux system-80 et system-80A) n'a pas l'air utilisée mais autant faire les choses bien
  • accessoirement, pour pouvoir ajouter quelques éléments de texte (les noms des connecteurs, leur broche 1, les broches de masse, les points de test...) sans payer un circuit imprimé "pro" avec sérigraphie
Voici une vue d'ensemble de mon premier prototype, qui diffère légèrement de la version finale proposée ici (certains composants, comme D2 C3 et TRANSIL1, ont été un peu déplacés) :

Image

Commencer par souder les résistances, petits condensateurs, LED, diodes, connecteurs et gros condensateurs.
Les résistances RA et RB (si utilisées selon U1, voir tableau) seront soudées côté soudures :
Image

Les LED et condensateurs sont tous orientés de la même façon, pour minimiser les risques d'erreurs. Finir par les 2 régulateurs. Le cas échéant, leurs pattes 1 3 5 devront être pliées vers l'avant pour être décalées des pattes 2 et 4 (souvent, ils sont livrés avec les 5 pattes droites).
U2 doit être monté verticalement, bien droit, sans dissipateur (il restera quasiment froid en fonctionnement).
U1 doit être d'abord inséré verticalement, sans souder ses pattes, sa semelle métallique préalablement enduite de graisse silicone (pour mieux évacuer la chaleur), puis il sera plié à angle droit pour que sa semelle métallique soit plaquée contre le grand plan de masse qui lui servira de dissipateur. Insérer enfin un boulon M3 (longueur 8mm) dans le trou de fixation, à travers le trou de la semelle métallique du régulateur, puis une rondelle de blocage (dentelée ou grower) et enfin un écrou M3. Serrer fort sans tout casser, et immobiliser avec une goutte de vernis rouge. On peut même (comme sur la photo) économiser vis rondelle et écrou, et souder directement la semelle métallique au circuit imprimé, mais il faut bien chauffer pour que la soudure accroche et surtout plaquer à fond la semelle contre le plan de masse. Enfin, souder ses 5 broches.

Image


La broche 4 de A2P1, la broche 5 de A2P2 et la broche 2 de A2P3 font office de détrompeur et sont à couper à ras du plastique du connecteur. Le bornier "EXT" est optionnel.

Si le type de bobine utilisé est du type bobinage sur tore, plus volumineux que celui que je préconise, l'immobiliser (après soudage) sur le circuit imprimé avec du vernis ou de la colle à chaud (pistocolle).

ATTENTION !! Ne PAS oublier de souder SUR LES DEUX FACES les points suivants :
  • Les pattes 3 et 5 de U1
  • L'anode de D1 (côté droit, non bandé)
  • La patte droite de RB
  • L'anode de la diode transil TRANSIL1 (patte basse, non bandée)
  • La cathode de la diode transil TRANSIL1 (patte haute, bandée) : point de test +5V
  • L'anode de D4 (patte basse, non bandée) : point de test +42V
  • La patte supérieure du Polyswitch POLY1 : point de test +60V
  • La patte inférieure de R6
  • La patte gauche de R3 et R5
  • La patte 3 de U2
  • La patte supérieure de R2 et D2
  • La patte inférieure de D2 : point de test +8V
Et terminer par les trous (via) de connexion inter-faces suivants, à l'aide de chutes de queues de résistances :
  • Les 8 (6 sur la photo, c'est mon premier proto) tout autour du plan de masse faisant office de radiateur pour U1==> si vous les oubliez, le radiateur ne sera pas assez efficace, risque de surchauffe de U1 !!
  • Le trou à droite de A2P2
  • Le trou au-dessus de la broche 4 de A2P1
Une fois toutes les soudures faites, une couche de vernis tropicalisant le protégera pendant de longues années.
FIXATION DANS LE FLIP
Enlever les 4 vis qui servaient à fixer le radiateur géant (et non le circuit imprimé !) de la carte d'origine aux 2 grands étriers métalliqus. Fixer ensuite la nouvelle carte dans les 2 trous supérieur et inférieur de droite, à l'aide de 2 des 4 vis récupérées. Sur certains jeux, par exemple "The Games", les étriers sont verticaux donc la carte se retrouve montée horizontalement. Insérer enfin les 3 connecteurs dans le bon sens (aucun risque de se tromper grâce aux détrompeurs).
Image

Note importante : pour l'insertion des connecteurs A2J2 et A2J3, vu la longueur et l'épaisseur de la carte (aucun radiateur géant ne la rigidifie), celle-ci va se plier un peu sous la poussée mécanique d'insertion. Pour éviter de l'endommager, pré-positionner le connecteur à insérer et l'enfoncer en faisant "pince" avec 2 doigts, entre le connecteur et la face inférieure du circuit imprimé.

ESSAIS
N'insérer que A2P1 dans un premier temps. A l'allumage du jeu, les 3 LED doivent s'allumer en même temps et avec la même brillance. Vérifier ensuite au multimètre la présence des bonnes tensions aux points de test +5 +60 +42 +8. La masse peut-être prise n'importe où sur les plans de masse quadrillés des 2 faces, ou sur le radiateur plan de U1, ou sur la borne supérieure du bornier "EXT". Une précision de +/- 5% est admise sauf sur le +5V qui doit être précis à +/- 1%.

Eteindre ensuite le jeu, attendre que les 3 LED s'éteignent (décharge des condensateurs), brancher A2P2 et A2P3 et rallumer. Répéter les mesures de contrôle ci-dessus. Les 3 LED doivent être toujours allumées à l'identique et les afficheurs doivent s'éclairer. Le jeu est pleinement opérationnel !
On notera qu'après quelques minutes de fonctionnement, le radiateur plan de U1 devient assez chaud, environ 65°C, ce qui est tout à fait normal.
En cas de court-circuit accidentel sur le +60V, le Polyswitch POLY1 se déclenchera et coupera la sortie, entrainant l'extinction de la LED LD3 rouge. Le courant sera rétabli automatiquement si la cause du court-circuit disparait, sauf si POLY1 a été remplacé par un fusible (voir composants), ce dernier ayant alors grillé et devra être remplacé.

EN KIT ?..
Si l'approvisionnement et le soudage vous rebutent, ou bien si vous ne vous sentez tout simplement pas capable de monter la carte vous-même, quelques prototypes de chaque type de carte (system-1 et system-80) sont en cours de montage à l'ACREPT et devraient être disponibles fin juillet au prix coûtant de 50 euros, port compris.

Si seul l'approvisionnement des composants pose problème, je vais négocier avec la société Gotronic (Blagny) un kit avec tous les composants, quitte à les compléter avec ceux disponibles uniquement auprès de Radiospares. Rendez-vous pour la suite des aventures en septembre, Gotronic est soit surchargé soit fermé d'ici là.

Le circuit imprimé sera peut-être aussi disponible par moi-même (en cours d'étude), ou alors addressez-vous à la société Imprelec (Oyonnax) qui me fabrique tous mes petits protos depuis de nombreuses années.

Les coordonnées complètes de ces différentes sociétés sont dans les pages blanches sur le web (http://www.pagesjaunes.fr/pb.cgi?).

N'hésitez pas à me contacter pour plus de détails.
Bon flip!
Pascal.
(Juillet 2004)

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mk2
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Re: Nouvelle alimentation pour Gottlieb System-80 et System-

Message par mk2 » jeu. 10 11, 2016 22:15

Salut pascal,

J'essaierai bien de me faire une ou 2 alims de ta conception,mais'les liens pour la carte ne sont plus viables......aurais tu les plans ou,dans l'idéal,peut etre as tu relancé la fabrication de nouvelles cartes alim :mrgreen:

Merci d'avance

Phil

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