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Electronique > Réalisations > Alimentations > Convertisseur de tension 009

Dernière mise à jour : 02/05/2010

Caractéristiques principales

Tension d'entrée : +12 Vdc
Tension de sortie : -10 Vdc
Puissance : environ 10 W (max 1 A sous -10 V)

Présentation

Ce convertisseur a été conçu pour délivrer une tension négative de -10 V à partir d'une batterie de voiture 12 V.



Contrairement aux autres convertisseurs décrits sur ce site, celui-ci est capable de fournir plusieurs centaines de mA, et donc plus de puissance. Son utilisation repose sur l'emploi d'un oscillateur et de transistors de puissance MOSFET, associés à un petit inverseur de tension à diodes / condensateurs. Nous verrons qu'il est possible de remplacer les transistors MOSFET par de plus classiques bipolaires, mais au détriment d'une petite baisse de performances.
- Schéma 009a : version à transistors MOSFET, la plus performante (max 1 A)
- Schéma 009b : version à transistors bipolaires darlington, un peu moins performante (max 500 mA)

Schéma 009a

Version à transistors MOSFET. Pas bien complexe en soi, mais composants choisis pour des performances optimales.

Oscillateur

J'ai choisi de placer ici un petit PIC 12F675 (ou un PIC 12F629) qui ne joue qu'un seul rôle : celui de fournir deux signaux périodiques rectangulaire en opposition de phase, pour l'attaque des transistors de puissance. Bien sûr, il n'y a aucune obligation d'utiliser un composant programmable pour générer deux signaux rectangulaire. Mais si on choisi cette option, l'oscillateur se résume à un seul composant. Auquel il est vrai on doit ajouter un petit régulateur de tension car le PIC en question n'aimerait pas être alimenté directement en +12 V. Pour ceux qui préfèrent une solution sans composant programmable, vois paragrpahe Oscillateur sans PIC, un peu plus loin. La fréquence d'oscillation est voisine de 2 KHz. Je dis voisine car on utilise l'oscillateur interne, dont la fréquence exacte dépend de l'exemplaire de PIC utilisé et de la température ambiante. Ceci dit pas d'inquiétude à avoir, que le PIC oscille à 1,9 kHz ou à 2,1 kHz ne change pas grand chose en pratique.

Etage de puissance et conversion de polarité

L'étage de puissance est composé de quatre transistors MOSFET montés en "H". A un instant donné, il n'y en a que deux qui conduisent, les deux autres étant bloqués. Soit c'est le couple Q1 / Q4 qui conduit, soit c'est le couple Q2 / Q3 qui conduit, selon la sortie du PIC qui est active à ce moment. Quand c'est la sortie GP0 du PIC qui est active (état logique haut), la sortie GP1 est inactive (état logique bas). Le transistor Q3 (canal N) conduit et le transistor Q4 (canal N) est bloqué. Comme Q3 conduit, la tension présente au point commun C1 / R2 est très faible et le transistor Q2 (canal P) entre en conduction grâce à R2, alors que Q1 (canal P) reste bloqué. Quand c'est la sortie GP1 du PIC qui est active (état logique haut), la sortie GP0 est inactive (état logique bas), et les transistors qui étaient auparavant bloqués se mettent à conduire, alors que ceux qui conduisaient se bloquent. Ces commutations répétées ont pour conséquence des cycles de charge des condensateurs C1 et C2, au travers des transistors et des diodes D1 à D4 qui sont elles aussi en conduction de façon alternée (deux conduisent pendant que deux sont bloquées) Parce que les diodes D1 à D4 sont câblées dans ce sens bien précis, on trouve une tension négative au point de sortie marqué -10 V.

Choix des transistors MOSFET

J'imagine qu'il existe plusieurs références de transistors MOSFET pouvant convenir pour cette application. Mais bien évidement, je ne vais pas tous les tester. Lors de vos recherches, misez sur des modèles dont le courant pouvant être commuté est d'au moins 10 A, et préférez les modèles ayant une résistance Rdson (résistance Drain-Source à l'état passant) minimale.

Schéma 009b

Version à transisors bipolaires darlington, pas plus complexe que la version à MOSFET - seuls les transistors de puissance changent.



Les deux transistors MOSFET canal P du haut (Q1 et Q2) sont remplacés par des darlington PNP TIP127, alors que les deux transistors MOSFET canal N du bas (Q3 et Q4) sont remplacés par des darlington NPN TIP122. Des résistances ont été insérées dans le circuit de base des deux transistors NPN Q3 et Q4, puisque l'attaque de ces derniers s'effectue en courant et non plus en tension. Sans ces résistances, les deux transistors en question auraient une durée de vie de l'ordre de la milliseconde. La section régulation alim +5 V dédiée au PIC reste inchangée et est toujours nécessaire, même si elle n'est pas representée sur ce second schéma.

Choix des transistors bipolaires

J'ai utilisé ici des transistors darlington TIP122 et TIP127, mais on peut aussi utiliser des transistors bipolaires plus classiques tels les TIP3055 (NPN) et TIP2955 (PNP). Attention cependant au courant de base nécessaire pour ces derniers : les résistances R1 à R4 devront voir leur valeur baissée à 220 ou 270 ohms, et l'attaque des deux transistors du bas (Q3 et Q4) ne pourra plus se faire directement à partir du PIC, il faudra insérer un transistor tampon additionnel dans les deux lignes de commande (le courant que peut fournir le PIC serait insuffisant).

Oscillateur sans PIC

Le PIC n'est ici que pour simplifier l'ensemble. Vous pouvez vous en passer et utiliser à la place un classique NE555 suivi d'une bascule D montée en diviseur par deux. Le schéma qui suit tombe tout cuit du ciel et vous évitera toute recherche et calculs fastidieux.



Le NE555 est monté en oscillateur astable et sa fréquence d'oscillation est voisine de 4 kHz. Le rapport cyclique du signal périodique disponible sur sa sortie borne 3 n'est pas loin d'être de 50%, mais ce n'est pas le cas. Et comme on doit obligatoirement avoir un rapport cyclique de 50% précisement, on utilise une bascule D de type CD4013 montée en diviseur par deux. Cette bascule délivre deux signaux de 2 KHz en opposition de phase sur ses deux sorties Q et Qbarre (OutA en borne 1 et OutB en borne 2). C'est ce qu'on avait avec le PIC à la fréquence près, qui pour rappel n'est pas critique.

Remarques :
- Le CD4013 contient deux bascules D. Une seule est utilisée ici, les entrées de la seconde sont toutes reliées à la masse (il ne faut pas les laisser en l'air).
- Ce circuit oscillateur convient pour la version 009a avec transistors MOSFET, mais ne convient pas pour la version 009b avec transistors bipolaires (courant de sortie du CD4013 insuffisant).

Logiciel du PIC

L'archive zip dont le lien suit contient le source complet (MikroPascal Pro V2.30) et le fichier binaire compilé (*.hex).
Convertisseur tension 009 - 12F675 - (25/04/2010)
Si vous souhaitez recevoir par la poste un PIC préprogrammé et prêt à utiliser, merci de consulter la page PIC - Sources.

Circuit imprimé

Réalisé en simple face, avec trois petits straps.



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