Beaucoup de montages électroniques ne nécessitent qu'un courant relativement faible pour leur fonctionnement. D'autres demandent une alimentation par piles ou accus afin de les rendre autonomes. Les trois petites alimentations que nous vous proposons de réaliser permettront de résoudre un bon nombre de problèmes de façon simple puisqu'elles utilisent des circuits intégrés spécialisés.
Alimentation 12V (15V)/150-200mA
Le premier montage que nous vous présentons permettra de disposer d'une alimentation capable de fournir un courant compris entre 150mA et 200mA selon la tension des piles ou accus qui lui seront connectés. Si la tension primaire est comprise entre 4,5V et 9,3V, le courant débité pourra atteindre 150mA. Si cette tension est comprise entre 6V et 9,3V, alors le courant pourra atteindre une valeur de 200mA. La solution la plus pratique consistera en l'utilisation d'une pile plate de 4,5V, ou de quatre accus type bâton de 500mAh. La pile de 9V (type 6F22) est à proscrire, sauf si le courant demandé n'excède pas 50mA, et ce, par intermittence. En effet, pour une consommation de la charge se montant à 50mA, c'est 150mA qui seront demandés à la pile.
Le circuit intégré MAX732 (et MAX733)
Comme on le voit sur le schéma interne des MAX732 et MAX733, les deux circuits ont une configuration interne identique. La seule chose qui les différencie est leur tension de sortie: le MAX733 fournit une tension de +15V. Ces circuits possèdent un système de commutation par PWM (Pulse-Width Modulation) ou modulation de la largeur des impulsions, associé à un régulateur de tension amplificateur qui permet, à partir d'une tension non régulée, la génération d'une tension régulée de +12V 4% (ou +15V).
Le principe de fonctionnement des MAX732 et MAX733 repose sur l'emploi de deux boucles de contre-réaction. L'une, interne, contrôle le courant de commutation à l'aide de la résistance palpeuse Rs et de l'amplificateur qui lui est associé (current sense amp). L'autre, externe, surveille la tension de sortie au moyen de l'amplificateur d'erreur (error amp). La boucle interne limite le courant, cycle par cycle, en bloquant le transistor de puissance de sortie lorsque le courant de commutation atteint un seuil prédéterminé. Ce seuil est fixé par la boucle externe. Par exemple, un affaissement de la tension de sortie produira un signal d'erreur qui augmentera le seuil, et le système stockera et transférera plus d'énergie durant chaque cycle.
Sur le schéma de principe de notre réalisation, reprenant la configuration préconisée par le constructeur, le condensateur connecté en broche 3 (SS, Soft-Start), permet une mise en fonctionnement correcte du circuit intégré. En effet, la charge du condensateur débloque lentement la tension de sortie de l'amplificateur d'erreur, limitant ainsi les pointes de courant en augmentant lentement la valeur du seuil. La valeur de 100nF donne un délai de mise en fonctionnement d'environ 170ms, le MAX732 étant alimenté sous 4,5V et débitant un courant de 200mA. Un condensateur de 1µF entraînera un délai de 1700ms, les conditions de fonctionnement restant les mêmes que précédemment. La tension de sortie disparaît lorsque le courant consommé par la charge est supérieur à 1,5A. Un cycle de Soft-Start est à nouveau initialisé, la capacité ayant été déchargée par un transistor interne. Ce dernier est commandé par un comparateur (overcurrent comparator). Le MAX732 (MAX733) est équipé d'un circuit qui surveille sa tension d'alimentation car il ne peut fonctionner qu'avec des tensions supérieures à 3,7V (typique). Lorsqu'une condition de sous-alimentation apparaît, la logique de contrôle coupe l'alimentation du transistor de puissance et donc la tension de sortie, et décharge la capacité de Soft-Start, C1. La logique maintiendra cet état tant que la tension d'alimentation n'aura pas atteint une valeur suffisante. Ce dispositif sera très pratique dans le cas d'une alimentation du montage par quatre accus CdNi, car il empêchera la décharge complète de ceux-ci, décharge pouvant leur être néfaste. Le régulateur dispose également d'une broche de mise en veille (SHDN, broche 1) qui sera connectée au + de l'alimentation en fonctionnement normal. Lorsque cette broche sera utilisée, il faudra tenir compte du fait qu'un courant peut malgré tout circuler au travers de l'inductance L1 et de la diode D1 vers la charge . Le condensateur C2 connecté à la broche Vref filtre la tension de référence (1,23V) utilisée par l'amplificateur d'erreur interne. L'oscillateur de découpage fonctionne à une fréquence de 170kHz. Le filtre disposé en sortie et constitué par l'inductance L2 (22 à 25µH) et le condensateur C6 (22µF) forme un filtre passe-bas destiné à éliminer d'éventuels pics. La diode D1 pourra être de type 1N5817 (conseillé) ou BAT85. On ne pourra pas utiliser un autre modèle .
La réalisation pratique et les essais
le dessin du circuit imprimé
le schéma d'implantation
On utilisera le dessin du circuit imprimé et le schéma d'implantation afin de procéder au câblage de la maquette. Etant donné le peu de composants, celui-ci ne requiert aucun commentaire particulier. Pour notre part, nous avons placé sur la platine un support de pile 9V type 6F22. Cela n'est nullement obligatoire et la source d'alimentation du montage sera choisie selon les besoins. Le MAX732 sera de préférence placé sur un support. Le fonctionnement de la platine ne nécessitant aucun réglage, celui-ci doit être immédiat. On connectera la source d'alimentation et l'on mesurera la tension disponible en sortie. On effectuera ensuite des essais en charge, en prenant par exemple une petite ampoule de 1 à 1,5W. La tension de sortie ne devra pas chuter de manière excessive. Les applications de ce montage sont nombreuses et celui-ci ne sera pas dédié uniquement aux circuits devant être autonomes. Il pourra être utilisé, par exemple, dans les montages à circuits logiques nécessitant plusieurs tensions d'alimentation. Il suffira alors de disposer uniquement du +5V et donc d'un transformateur à un seul enroulement.
Alimentation secteur +5V à +24V/50mA
La seconde alimentation que nous vous proposons nécessite pour son fonctionnement la présence de la tension secteur. Nous ne pouvons donc que réitérer nos conseils de prudence élémentaire . Elle utilise un circuit fabriqué par la firme HARRIS, le HV-2405E. Ce circuit intégré permet d'obtenir une tension ajustable comprise entre +5V et +24V sous 50mA, à l'aide de seulement quelques composants passifs, sans qu'il soit nécessaire d'utiliser un transformateur et un pont redresseur. Le HV-2405E comporte deux étages: le premier, appelé pré-régulateur, connecte momentanément l'une des lignes du secteur (phase) à un condensateur de capacité importante jusqu'à ce que la valeur de sa charge dépasse de 6V la tension de sortie souhaitée. Le pré-régulateur passe ensuite à l'état bloqué et reste dans ce mode jusqu'au démarrage d'une nouvelle période du secteur.
Le condensateur alimente le deuxième étage qui contient un régulateur série. Le courant débité dans ce régulateur décharge la capacité à une vitesse dépendant de la consommation de la charge alimentée. Chaque période de la ligne secteur recharge le condensateur. Le brochage du HV-2405E ainsi que sa constitution interne schématisée sont représentés ci-dessus. Le circuit intégré peut fonctionner à l'aide d'une tension alternative d'entrée comprise entre 120Vrms et 240Vrms. La fréquence de la tension secteur peut varier entre 48Hz et 440Hz sans aucune gêne pour son fonctionnement.
Le réglage de la tension de sortie, qui peut varier entre +5V et +24V, peut être effectué de différentes manières. Le dessin et le tableau ci-dessus montrent comment procéder: si l'on ne souhaite qu'une tension de sortie de +5V, il suffira de connecter la broche 5 à la broche 6; si l'on désire une tension de sortie supérieure à +5V, on pourra choisir entre trois méthodes : 1. utiliser une seule résistance (R2); cette méthode ne donnera pas de bons résultats. En effet, le réseau de résistances internes possèdent une tolérance d'environ 15%, ce qui limitera la précision de la tension de sortie; 2. utiliser des diodes zéner: la tension de sortie aura la précision et la tolérance de la diode; 3. mettre en place un pont diviseur dont la résistance talon aura toujours la même valeur (RB=1k ); si l'on souhaite ajuster exactement la tension de sortie, on utilisera une résistance ajustable multitours pour RA. Le courant de sortie disponible de façon continue est de 50mA. Des pointes plus importantes peuvent être demandées de façon momentanée. Le HV-2405E est protégé par une limitation de ce courant, en particulier dans les cas où un court-circuit pourrait se produire en sortie. Sur le schéma de notre réalisation, la phase est appliquée au montage via un fusible dont la valeur de coupure est de 500mA. Les résistances R1 et R2 (ou R1 // R2) limitent le courant dans le circuit intégré. Elles doivent posséder une valeur suffisante afin de limiter à 2,5A les pointes de courant, pointes qui se produisent essentiellement lorsque la capacité C3 est entièrement déchargée. Ces résistances devront dissiper une puissance relativement importante puisqu'à un débit maximum de 50mA et sous une alimentation de 240V, celle-ci sera de 6W. La puissance des résistances devra être au moins de cette valeur. Le condensateur C1 forme avec les résistances R1 et R2 un filtre passe-bas. La capacité C3 est la capacité utilisée par le pré-régulateur, comme nous l'avons vu plus haut. Le condensateur C4 est le condensateur d'inhibition. Il évite la mise en fonctionnement du pré-régulateur lors des transitoires. S'il est choisi de valeur trop importante, le HV-2405E sera toujours hors service. Par contre, si sa valeur est trop faible, le circuit ne sera plus protégé. La valeur de C4 est valable pour une fréquence du secteur égale à 50/60Hz. Afin d'effectuer le réglage de la tension de sortie, nous avons choisi la solution du diviseur de tension qui nous a semblée être la plus pratique. Afin de choisir la valeur de la résistance RA en fonction de la tension de sortie souhaitée, il suffira de se reporter au tableau précédent. Si l'on désire adopter l'une des autres solutions, il conviendra ne pas câbler la résistance de 1k (R4). On trouve enfin, en sortie du régulateur, le condensateur C2 destiné à maintenir la stabilité de fonctionnement du régulateur série.
le schéma de notre réalisation,
La réalisation pratique et les essais
Tracé du circuit imprimé
Implantation des composants
Il conviendra de respecter les valeurs et tensions de service des composants: R1 et R2 devront pouvoir dissiper une puissance de 6W. Il a été prévu, pour C1, de mettre deux condensateurs de 100nF en série afin d'obtenir la valeur de 47nF. La tension de service de ces composants devra être de 630V. La tension admissible par C3 et C4 devra être de 10V supérieure à la tension de sortie désirée. L'entrée et la sortie des tensions s'effectuera sur des borniers à vis à deux points. Le circuit intégré sera placé sur un support. Comme pour la première alimentation, les réglages sont inexistants. Avant la mise sous tension, on vérifiera soigneusement le câblage afin de déceler un éventuel court-circuit. On reliera la platine au secteur 220V et l'on mesurera la tension de sortie qui devra être pratiquement à la valeur fixée par
résistance R3 (RA). On pourra procéder à des essais en charge, charge qui pourra être constituée par une résistance de puissance. Lors de ces manipulations, il faudra garder à l'esprit que la masse est constituée par l'une des lignes du secteur .
Alimentation secteur +5V/50mA
On pourrait penser, à la lecture de ce titre, que l'alimentation que nous allons décrire fera double usage avec la précédente. Il n'en est rien, car celle-ci est rendue différente par les possibilités qu'elle offre à l'utilisateur.
Cette alimentation utilise le circuit intégré MAX611 qui permet d'obtenir directement, à partir de la tension secteur, une tension régulée de +5V sous 50mA. Sur le schéma de la constitution interne de ce circuit, on trouve tout d'abord un redressement en simple alternance puis un régulateur série, celui-ci pouvant être commandé par un circuit de surveillance de la tension de sortie. Ce dispositif pourra être utilisé lors de l'alimentation d'un microprocesseur. Il fonctionne de la façon suivante: après la mise sous tension du circuit, la broche 3 (OUV) du circuit reste à l'état bas tant que la tension de sortie n'a pas atteint une valeur égale à 5V. Dès que cette tension est atteinte, la sortie passe à l'état haut. Si en cours de fonctionnement cette tension atteint le seuil de 4,65V, la broche OUV repasse à l'état bas, effectuant la RAZ (remise à zéro) du microprocesseur. On obtient ce fonctionnement si un condensateur est connecté entre la broche 4 et la masse. Dans ce cas, le délai de remise en fonction atteindra la durée de 30ms par 10nF de la capacité. La durée du délai est donnée par la formule: Délai en secondes = C (en µF) X 3
Le diagramme ci-dessus illustre les différentes phases de fonctionnement du dispositif de surveillance. Il est évident que ce dispositif pourra être utilisé dans d'autres applications. Signalons que cette sortie est à collecteur ouvert. Le MAX611 dispose également d'une sortie de tension non régulée. La valeur de cette tension est fixée par une diode zéner interne à environ +12V. On pourra utiliser cette sortie pour l'alimentation de circuits annexes. On pourra également connecter à cette broche un régulateur de tension externe. Mais dans ce cas, le courant total débité, c'est à dire celui fourni par le MAX611 et le régulateur ne devra pas dépasser 50mA.
Le schéma de la réalisation montre que seuls quatre composants passifs externes sont nécessaires au fonctionnement du circuit intégré. La résistance R1 limite la pointe de courant présente à l'entrée du circuit lors de la mise sous tension, lorsque la tension secteur est à son maximum. Cette résistance devra avoir une valeur de 100 pour une tension d'entrée de 220V et devra dissiper une puissance de 1W minimum. Le condensateur C2 est destiné à limiter le courant de fonctionnement du MAX611. La tension de service de cette capacité devra être choisie avec soin, car elle devra supporter la totalité de la tension du secteur et ce, pendant une durée indéterminée.
Sa valeur théorique devra être de 1,8µF. Elle sera en fait obtenue par la mise en parallèle de deux condensateurs de 1µF. Il ne faudra pas dépasser cette dernière valeur, car alors le circuit intégré recevant un courant trop important, se mettra à dissiper une puissance excessive. La tension de service devra être au minimum de 280Vrms. La formule donnée ci-dessous permet de calculer la valeur de C2: C2 = Ioutmax / (Vrms - Vout) x 2 2 x Fin , où: Vrms est la tension alternative d'entrée Vout est la tension de sortie Fin est la fréquence de la ligne secteur La résistance R2 d'une valeur de 1M permet la décharge du condensateur C2 lors de la mise hors tension du montage, ce qui évitera une désagréable décharge lors de la manipulation de la platine. Le condensateur C1 est utilisé pour le filtrage de la tension continue disponible en sortie du redresseur à deux diodes interne. La réalisation pratique et les essais
Le schéma d'implantation
Le schéma d'implantation sera à utiliser lors du câblage du circuit imprimé. Comme pour les deux autres montages, aucun commentaire particulier n'est à formuler étant donnée la simplicité du circuit. Le MAX611 sera placé sur un support. Le bornier à trois points de sortie permet de disposer de la masse, du +5V et du +12V non régulé. Un autre bornier à vis, à deux points, permet l'alimentation de la platine à l'aide de la tension secteur. Le montage doit fonctionner dès la mise sous tension. On s'en assurera par la mesure de la tension de sortie régulée qui devra être de +5V 4%. On effectuera également les essais en charge.
P. OGUIC
Le principe de fonctionnement des MAX732 et MAX733 repose sur l'emploi de deux boucles de contre-réaction. L'une, interne, contrôle le courant de commutation à l'aide de la résistance palpeuse Rs et de l'amplificateur qui lui est associé (current sense amp). L'autre, externe, surveille la tension de sortie au moyen de l'amplificateur d'erreur (error amp). La boucle interne limite le courant, cycle par cycle, en bloquant le transistor de puissance de sortie lorsque le courant de commutation atteint un seuil prédéterminé. Ce seuil est fixé par la boucle externe. Par exemple, un affaissement de la tension de sortie produira un signal d'erreur qui augmentera le seuil, et le système stockera et transférera plus d'énergie durant chaque cycle.
La réalisation pratique et les essais
Alimentation secteur +5V à +24V/50mA
Implantation des composants
Il conviendra de respecter les valeurs et tensions de service des composants: R1 et R2 devront pouvoir dissiper une puissance de 6W. Il a été prévu, pour C1, de mettre deux condensateurs de 100nF en série afin d'obtenir la valeur de 47nF. La tension de service de ces composants devra être de 630V. La tension admissible par C3 et C4 devra être de 10V supérieure à la tension de sortie désirée. L'entrée et la sortie des tensions s'effectuera sur des borniers à vis à deux points. Le circuit intégré sera placé sur un support. Comme pour la première alimentation, les réglages sont inexistants. Avant la mise sous tension, on vérifiera soigneusement le câblage afin de déceler un éventuel court-circuit. On reliera la platine au secteur 220V et l'on mesurera la tension de sortie qui devra être pratiquement à la valeur fixée par
résistance R3 (RA). On pourra procéder à des essais en charge, charge qui pourra être constituée par une résistance de puissance. Lors de ces manipulations, il faudra garder à l'esprit que la masse est constituée par l'une des lignes du secteur .
Alimentation secteur +5V/50mA
On pourrait penser, à la lecture de ce titre, que l'alimentation que nous allons décrire fera double usage avec la précédente. Il n'en est rien, car celle-ci est rendue différente par les possibilités qu'elle offre à l'utilisateur.
Le schéma de la réalisation montre que seuls quatre composants passifs externes sont nécessaires au fonctionnement du circuit intégré. La résistance R1 limite la pointe de courant présente à l'entrée du circuit lors de la mise sous tension, lorsque la tension secteur est à son maximum. Cette résistance devra avoir une valeur de 100 pour une tension d'entrée de 220V et devra dissiper une puissance de 1W minimum. Le condensateur C2 est destiné à limiter le courant de fonctionnement du MAX611. La tension de service de cette capacité devra être choisie avec soin, car elle devra supporter la totalité de la tension du secteur et ce, pendant une durée indéterminée.
Sa valeur théorique devra être de 1,8µF. Elle sera en fait obtenue par la mise en parallèle de deux condensateurs de 1µF. Il ne faudra pas dépasser cette dernière valeur, car alors le circuit intégré recevant un courant trop important, se mettra à dissiper une puissance excessive. La tension de service devra être au minimum de 280Vrms. La formule donnée ci-dessous permet de calculer la valeur de C2: C2 = Ioutmax / (Vrms - Vout) x 2 2 x Fin , où: Vrms est la tension alternative d'entrée Vout est la tension de sortie Fin est la fréquence de la ligne secteur La résistance R2 d'une valeur de 1M permet la décharge du condensateur C2 lors de la mise hors tension du montage, ce qui évitera une désagréable décharge lors de la manipulation de la platine. Le condensateur C1 est utilisé pour le filtrage de la tension continue disponible en sortie du redresseur à deux diodes interne. La réalisation pratique et les essais
Le schéma d'implantation sera à utiliser lors du câblage du circuit imprimé. Comme pour les deux autres montages, aucun commentaire particulier n'est à formuler étant donnée la simplicité du circuit. Le MAX611 sera placé sur un support. Le bornier à trois points de sortie permet de disposer de la masse, du +5V et du +12V non régulé. Un autre bornier à vis, à deux points, permet l'alimentation de la platine à l'aide de la tension secteur. Le montage doit fonctionner dès la mise sous tension. On s'en assurera par la mesure de la tension de sortie régulée qui devra être de +5V 4%. On effectuera également les essais en charge.
P. OGUIC
Publie sue Magazine Electronique Pratique N°213 - Avril 1997
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