Electronique > Réalisations > Alimentations > Générateur de courant constant ajustable 002
Dernière mise à jour : 28/06/2015Caractéristiques principales
Tension : xxx V (voir texte)Courant : 0 à 1,0 A
Régulée : Oui, en courant
Présentation
Ce régulateur permet de délivrer dans une charge, un courant constant de valeur comprise entre 0 et 1,0 A. Il fait appel à des composants courants et facile à trouver.Schéma
Ce montage est basé sur une réalisation proposée il y a quelques années par Selectronic et qui a été décrite dans la revue Electronique Pratique d'avril 1991. Le schéma présenté dans la revue n'était pas complet et comportait des erreurs (comme le circuit en question était proposé à la vente sous forme de kit, je me suis demandé si...). Le schéma que je propose est une version corrigée et simplifiée.
Pourquoi deux transformateurs d'alimentation ?
A une époque où les économies sont de mise, on peut se poser la question... La raison est qu'on a besoin d'une tension négative sous une faible intensité en plus de la tension principale sous "forte" intensité, et que cette façon de faire est finalement plus économique que de choisir un seul gros transfo dont une moitié serait largement sous-exploitée. On a donc sur la partie supérieure un gros transfo capable de délivrer une tension de 24 Vac sous une intensité de courant de 1 A, et dans la partie inférieure un petit transfo dont le seul but est de disposer d'une tension négative pour permettre de descendre à 0 A en sortie.Fonctionnement
La partie la plus noble est la partie supérieure, bien sûr. Elle repose sur un régulateur de tension intégré qu'on utilise en générateur de courant constant. Le circuit simplifié, de base, est le suivant :
Dans ce montage simplifié, c'est la résistance R1 qui fixe la valeur du courant constant. La tension qui existe entre les broches Adjust (2) et Out (1) du régulateur de tension est en effet constante et vaut 1,25 V (valeur fixée par construction dans le circuit intégré). Comme la résistance R1 n'a pas vraiment de raison de changer de valeur en situation normale, le courant qui la traverse est constant. La charge qu'on raccorde entre la sortie du montage (donc après R1) et la masse ferme la boucle, et le courant qui y circule est le même que celui qui traverse R1. Si on veut disposer de plusieurs valeurs de courant, il faut donc modifier la valeur de R1. Facile ! allez-vous penser comme je l'ai fait à mes débuts : il suffit de remplacer R1 par un potentiomètre ! Eh bien essayons donc de placer un potentiomètre de 100 ohms à la place de R1. Potentiomètre "à fond", valeur 100 ohms, le courant débité est de 0,012 A. Bien, et maintenant potentiomètre "au min"... tiens, le potentiomètre rougit et fume...Pourquoi ? Parce que le pauvre, de modèle standard, ne peut pas dissiper une puissance élevée (il est limité à 0,15 W ou 0,25 W max), le courant qui le traverse devrait donc garder une valeur raisonnable. Cela pourrait fonctionner avec un rhéostat (qui est une sorte de gros potentiomètre de puissance) mais ce n'est pas très élégant dans une machine moderne que vous voudriez montrer, le menton haut, à vos cercles d'amis. Autre problème rencontré avec ce montage simple à potentiomètre : en position zéro, les broches Adjust (2) et Out (1) du régulateur de tension sont court-circuitées, et le régulateur n'aime pas du tout cela ! Bref, il fallait bien trouver une autre solution, et pour cela il a fallu réfléchir. Situation difficile, je vous l'avoue sans honte.
Reprenons depuis le début, même si vous ne voulez pas. Comment fonctionne le régulateur de tension ajustable ? Il modifie sa tension de sortie pour faire en sorte que la tension entre les broches Adjust (2) et Out (1) soit toujours de 1,25 V. Si dans le montage simplifié la résistance R1 a une valeur de 1 ohm, alors le régulateur pousse la tension de sortie à une valeur telle que la tension aux bornes de R1 soit de 1,25 V, ce qui conduit à développer un courant de 1,25 A dans cette dernière (à condition bien sûr que la sortie soit rebouclée à la masse à travers la charge). Finalement, c'est la tension qu'on applique sur la broche Adjust (cette même tension qui se trouve appliquée à la charge) qui conditionne la valeur de la tension de sortie du régulateur (avant R1). Sachant cela, on peut fort bien imaginer un système qui injecte dans la broche Adjust, une tension qui ne vient pas directement de celle appliquée à la charge mais qui en est tout de même dérivée. Le but étant de pouvoir réguler le courant qui circule dans R1 et ce sans modifier la valeur de ce composant, il suffit de pouvoir réguler la tension à ses bornes. Prenons l'exemple avec R1 = 1,2 ohms qui est la valeur finale que j'ai retenue et fixons la tension sur la broche Adjust avec un potentiomètre dont les extrémités sont soumises à une tension fixe de +10 V :
Ce procédé fonctionne... mais en partie seulement. Selon la tension appliquée sur la broche Adjust via le potentiomètre RV3, on arrive bien à modifier le courant dans la charge. Mais ce courant dépend encore de la nature de la charge elle-même, puisqu'aucune réaction n'est assurée depuis cette dernière (pas de lien entre tension sur charge et tension sur broche Adjust. Cette solution trop simple ne peut pas être retenue, sauf si la charge est connue et toujours la même ! En fait, on se retrouve ici avec une espèce de commande en tension sans asservissement sur la sortie, ce qui n'offre pas un résultat bien terrible !
La solution retenue consiste à faire un mélange des deux solutions simples évoquées ci-avant : sur la broche Adjust, on va injecter "en même temps" deux tensions : une de consigne qui est issue d'un générateur de courant additionnel, et celle qui se retrouve sur la charge. De la sorte, on peut programmer la tension aux bornes de R1 (et donc le courant de sortie) et en même temps tenir compte de ce qui se passe au niveau de la charge. Ce mélange des deux tensions s'effectue grâce au potentiomètre RV1. Quand le curseur de ce dernier est en position haute, on receuille l'intégralité de la tension aux bornes de la charge, et dans ce cas précis le courant de sortie est à son maximum. Quand au contraire le curseur de RV1 est en position basse, on injecte "majoritairement" une tension issue du régulateur U3, mais en tenant toujours compte de la tension de la charge car la liaison avec cette dernière est toujours établie (via la résistance ohmique du potentiomètre entre curseur et position haute). Ainsi :
- si on injecte une tension de 10,4 V sur Adjust, alors Vout du régulateur = 10,4 + 1,25 = 11,65 V. Si ce 10,4 V injecté sur Adjust vient de la charge, la tension aux bornes de R1 vaut 1,25 V, le courant de sortie est donc de 1 A environ. C'est le maximum qu'on peut avoir.
- si on injecte une tension de 0 V sur Adjust, alors Vout du régulateur = 0 + 1,25 = 1,25 V. Dans ce cas le courant de sortie est d'environ 100 mA.
- si on injecte une tension de -1,25 V sur Adjust, alors Vout du régulateur = -1,25 + 1,25 = 0 V. Dans ce cas le courant de sortie est nul puisque la tension avant et après R1 est (quasi-)nulle. C'est le minimum qu'on peut avoir.
Pour pouvoir injecter une tension négative de 1,25 V (ou moins en valeur absolue) sur la broche Adjust du régulateur U1, il faut bien une source de tension... négative. C'est la raison d'être du second transformateur TR2 associé à ses petits copains D5 à D8, C3 et U2. Le régulateur U2 délivre une tension fixe de -5 V aussitôt injectée sur la broche Adjust du régulateur U3. Le courant constant que délivre ce dernier dépend de la valeur de la résistance câblée entre sa broche Adjust et sa sortie, l'histoire se répète. La résistance en question est ici constituée de la mise en série de R2 et RV2 et doit permettre d'établir un courant constant de 5,7 mA. Pourquoi cette valeur ? Tout simplement pour disposer d'une tension de -1,25 V en sortie du régulateur, quand RV1 est en position minimale. On veut en effet qu'à cette position le courant de sortie soit nul, avec une tension de sortie nulle. On doit donc avoir aux bornes de RV1, une tension de -1,25 V. Comme RV1 = 220 ohms, on peut affirmer que le courant qui traverse ce potentiomètre doit être de :
I = U/R = -1,25 / 220 = -5,7 mA
Procédure de réglage
RV2 doit être ajusté pour que le courant dans RV1 soit de 5,7 mA quand RV1 est en position minimale. Dans la pratique et plus simplement, il suffit de régler RV2 pour obtenir un courant de sortie nul quand RV1 est en position minimale (tension nulle sur la charge). Pour ma part je suggère d'ajuster le courant min à 1 mA, plutôt que d'essayer à tout prix d'avoir 0 mA.Plus de courant en sortie ?
En remplaçant R1 de 1,2 ohm par une résistance de 1 ohm et tout en conservant le régulateur U1, le courant de sortie peut monter jusqu'à 1,2 A. On peut également envisager de remplacer le LM317K (boîtier TO3) par un régulateur de tension LM350K (3 A) ou même LM338K (5 A). Bien entendu dans ce cas il faudra encore abaisser la valeur de R1, et procéder à quelques ajustements dans le reste du circuit. Les diodes de redressement D1 à D4 seront choisies pour supporter le courant permanent demandé, et le transformateur TR1 devra lui aussi suivre sans trop s'échauffer...Prototype
Non réalisé.Circuit imprimé
Non réalisé.Le régulateur principal U1 doit impérativement être monté sur un dissipateur thermique (radiateur). Les deux autres régulateurs de tension U2 et U3 n'en ont pas besoin, ils dissipent peu de puissance.
Historique
28/06/2015- Première mise à disposition.