Electronique > Réalisations > Alimentations > Alimentation simple 002
Dernière mise à jour : 15/09/2009Caractéristiques principales
Tension : +12 V à +15 V (+24V : voir texte)Courant : 5 A (ou 3A, voir texte)
Régulée : Oui
Présentation
Cette alimentation secteur permet d'alimenter de gros consommateurs d'énergie (amplificateur BF pour autoradio, CB, etc). Elle est construite autour d'un régulateur de tension intégré de type LM338 et est capable de délivrer une tension comprise entre 12V et 15 V (13,8 V par exemple). L'intensité maximale qu'elle est capable de délivrer est de 5 A.Schéma
Le schéma représente la totalité de l'alimentation, et repose sur l'emploi de composants courants, à part peut être pour le régulateur de tension choisi ici, un LM338, qui est moins utilisé et moins courant que le LM317. Ce schéma est quasiment identique au schéma de l'alimentation simple 003, la différence principale résidant dans le courant de sortie disponible. L'emploi d'un régulateur intégré de type LM350 (3 A) en remplacement du LM338 (5 A) peut se justifier si vos besoins en courant de sortie n'excèdent pas 3A. Notez cependant que le LM338 et le LM350 sont vendus à un prix quasi-identique (quand ce n'est pas identique), alors autant opter directement pour le LM338 si vous n'avez aucun des deux sous la main, et que vous devez le commander !
Puissance
Avant de commencer la description de ce montage, il est utile de préciser deux trois petites choses concernant la puissance que vous pourez tirer de cette alimentation régulée. Le type de régulateur utilisé permet en théorie de fournir un courant maximum de 5 A (avec le LM338). Sous un tel courant, le régulateur peut chauffer beaucoup, et se mettre en protection thermique s'il chauffe trop (il se coupe tout seul pour se protéger lui-même, et se débloque quand sa température est redevenue correcte). L'échauffement du régulateur dépend de deux facteur : la différence de potentiel entre son entrée et sa sortie, et le courant qui le traverse (qui est celui que va demander la charge). Si la différence de potentiel est importante, vous ne pourrez pas faire sortir beaucoup de courant au régulateur. En même temps, le régulateur doit avoir sur son entrée une tension d'au moins 3 Volts supérieure à la tension de sortie (pour 12 V en sortie régulée, la tension d'entrée doit être d'au moins 15 V). Sachant que le régulateur accèpte une tension aussi élevée que 35 V en entrée, il vous faudra trouver ce qui reste raisonable entre ces deux limites, en fonction du courant désiré en sortie. Pour résumer, évitez d'utiliser une tension d'entrée trop élevée si vous comptez vraiment faire débiter 5 A à l'alim. Afin de pouvoir faire travailler le régulateur dans la plage de puissance pour laquelle il est annoncé, il est impératif de prévoir un radiateur de refroidissement suffisement dimensionné.Très important !
Un courant de 5 A n'est pas négligeable du tout ! Toutes les liaisons par lesquelle transitera ce courant, devront être correctement dimensionnées : piste de CI assez large et recouvertes d'une bonne couche additionnelle de soudure, et fils électriques de forte section (2,5 mm2 voir 4 mm2).Choix de la tension de sortie
La tension de sortie est déterminée par la valeur des deux résistances R1 et R2. Il serait possible d'utiliser un potentiomètre ajustable pour régler finement la tension de sortie, mais je vous conseille ici de conserver deux résistances fixes, car quand on fait appel à des courants importants, un potentiomètre deffectueux peut causer des dégats vraiment embêtant.| Tension
de sortie Vs désirée Vs = 1,25 x (1 + (R2/R1)) |
Valeur
à donner à R1 (résistance 1% ou 5%) |
Valeur
à donner à R2 (résistance 1% ou 5%) |
| 12 V |
220 |
1892 (1800 + 91) |
| 13,5 V |
220 |
2156 (1800 + 360 ou
2000 + 150) |
| 13,75 V |
220 |
2200 |
| 14 V |
220 |
2244 (2200 + 47) |
| 15 V |
220 |
2420 (2200 + 220) |
| 24 V (*) |
220 (*) | 4000 (1800 + 2200) (*) |
(*) Tension de sortie 24 V
Le régulateur LM338 permet de sortir 24 V sous 5 A, mais se pose le petit problème de dissipation de puissance lié au choix du transformateur d'alimentation. Si on prend un transfo de 18 V, la tension redressée et filtrée, voisine de 23 V, est insuffisante car inférieure au minimum requis de 27 V (24 V de sortie plus la chute de tension de 3 V du régulateur). Si on prend un transfo dont le secondaire délivre 24 V, la tension redressée et filtrée avoisine les 33 V, ce qui est certes suffisant pour le régulateur, mais ajoute quelques watts de dissipation thermique quelque peu ennuyeux... Sous 5 A, elle est en effet de :
P = (33 - 24) * 5 = 45 W
Le régulateur supporte-t-il cela ? Je vous laisse chercher dans le document constructeur (datasheet)...
Abaissement de la tension secteur
Rien de bien sorcier, l'abaissement de la tension 230 V du secteur est assurée par le transformateur TR1, dont la tension de secondaire dépendra de la tension de sortie désirée. Pour une tension de sortie de 12 V, choisissez un transfo de secondaire 12 V. Pour une tension de sortie comprise entre 12,5 V et 15 V, choisissez une transfo de secondaire 15 V. Dans tous les cas, le transfo devra être un modèle de puissance 75 VA au minimum, afin de tenir compte des pertes en charge et éviter un échauffement excessif.Redressement
Le redressement de la tension alternative, délivrée par le secondaire du transformateur, est assuré par le pont de diodes BR1. Ce pont de diode ne peut pas être constitué de diodes classiques de type 1N4007, à cause du courant direct max limité que ces dernières supportent (1 A max). Utiliser des diodes de type BYW29-200, BYW80-200 ou toute autre diode capable de supporter un courant direct et permanent de 5 A au minimum. Vous pouvez aussi opter pour un pont de diode moulé (composant à quatre pattes qui intègre les quatre diodes, voir photos ci-après), de type B80C5000, B250C5000 ou tout autre pont capable là aussi de supporter 5 A au minimum. Pour ma part, je préfère utiliser un pont de diode de 10 A tel que celui présenté sur la photo ci-après (au centre), qui apporte une bonne marge de sécurité.
Il est important de savoir en effet qu'au moment de la mise sous tension, les diodes sont parcourues par une pointe de courant importante, liée au fait que les condensateurs de filtrage principaux sont à ce moment déchargés et constituent donc pendant un bref instant, un magnifique court-circuit. Si je n'insiste pas sur le fait que de simples diodes 5 A risquent d'être "limites", c'est tout simplement parce que ces dernières sont capables de supporter des pointes de courant largement supérieures au courant nominal, tant que ces pointes de courant sont très brêves et pas trop fréquentes (on ne considère pas comme "trop fréquente" une mise sous tension une fois par jour).
Filtrage principal
Les condensateurs chimiques (électrolytiques) C1 et C2 assurent le filtrage de la tension redressée, afin d'obtenir une tension qui ressemble plus à du continu qu'à de l'alternatif.
Leur valeur dépend du courant de sortie maximal, on utilise habituellement une valeur de 1000 uF à 2200 uF par tranche de 1 A. Ici les valeurs de C1 et C2 s'additionnent (puisque ces condensateurs sont en parallèle), nous avons un condensateur équivalent de 2 x 6800 uF, soit 13600 uF. Le choix ici fait de 2200 uF / ampère est lié à la volonté de pouvoir répondre à des appels de courant importants et répétitifs, tout en garantissant un très faible variation de tension en sortie. Si pour votre application, le courant demandé est constant ou ne varie pas trop, vous pouvez sans problème ne mettre qu'un seul condensateur de 6800 uF.
Régulation
Elle est donc confiée à un régulateur de tension intégré de type LM338 (ou LM350 pour 3 A max en sortie).
Le condensateur C5 placé entre la sortie du régulateur et la masse n'est pas obligatoire, mais il est plus que conseillé de le mettre pour éviter tout risque d'oscillation parasite du régulateur. Il en est de même du condensateur C4 placé entre la borne d'ajustage du régulateur et la masse, et qui permet d'améliorer la réjection de l'ondulation résiduelle alternative en sortie. Ces deux condensateurs devront être placés le plus près possible du régulateur lui-même.
Voyant de contrôle
Le contrôle de la présence de tension en sortie est assuré par la led (D3) mise en série avec la résistance R3 qui permet de limiter le courant qui la traverse. La valeur de cette résistance dépend de la tension de sortie. La majorité des leds classiques (j'exclue les leds haute luminosité et les leds très basse consommation) ont besoin pour s'allumer correctement, d'être parcourue par un courant compris entre 10 mA et 20 mA, et présentent une chute de tension de l'ordre de 2 V (leds rouges) à 3 V (leds jaunes ou vertes). La valeur de 1 kO adoptée ici occasionne la circulation d'un courant de l'ordre de 10 mA dans la led pour une tension de sortie de 12 V, ce qui est suffisant pour un voyant de contrôle de présence tension. Pour de plus amples informations concernant la valeur à adopter pour une tension de sortie autre que 12 V, merci de vous reporter à la page Alimentation d'une LED sur laquelle vous trouverez plus d'informations générales.Brochage du régulateur
Les brochages ci-dessous se rapportent au LM338, mais il s'agit du même brochage pour le LM350. Ces composants existent en deux boitiers différents : boitier TO3 (LM338K, c'est celui que vous devez choisir ici), et boitier TO220 (LM338T).