Electronique > Réalisations > Alimentations > Alimentation symétrique 006
Dernière mise à jour : 08/02/2015Caractéristiques principales
Tension : +/-15 V (ou +/-30 V)Courant : 1 A (ou 3 A voire 5A, voir texte)
Régulée : Oui
Présentation
Cette réalisation convient pour alimenter certains montages analogiques "exigents", notement ceux qui réclament une excellente stabilité de la tension de sortie et un faible bruit. Elle se démarque un peu, il est vrai, d'une alimentation plus simple telle que celle présentée en page Alim sym 001. La présence de circuits intégrés à quatorze pattes et des transistors de puissance peut sembler un peu dépassé, du fait de l'existence de régulateurs tripodes de type LM78xx / LM79xx, ou de LM317 / LM337. Mais les circuits régulateur de tension LM723 utilisés ici ont eu droit à leur lettre de noblesse et sont encore utilisés dans certaines alimentation secteur dont sont dotés certains équipements audio professionnels (même si bien entendu les alimentations à découpage finissent par les supplanter au fil des générations). Trois schémas sont proposés :- Schéma 006 : sorties +/-15 V, 1 A
- Schéma 006b : sorties +/-15 V, 3 A
- Schéma 006c : sorties +/-30 V, 5 A (non testé par mes soins)
Voir aussi Alimentations - Bases.
Schéma 006 - version +/-15 V, 1 A
Le schéma ci-dessous représente l'alimentation dans son intégralité. Non, ne vous sauvez pas !
Présentation
La partie supérieure du schéma, située au dessus de la ligne 0V, constitue la section positive de l'alimentation symétrique, alors que la partie inférieure est, vous l'aurez sans doute deviné tout seul, relative à la section négative. Le LM723 est un circuit intégré qui à lui seul est capable de fournir un courant de 150 mA. Quand on en veut plus, il faut lui ajouter un transistor qui vient l'épauler dans sa tache. Finalement, les transistors externes (de moyenne ou forte puissance) que l'on ajoute ne jouent qu'un rôle très minime dans la régulation de tension : ils permettent juste de dériver un peu plus de courant depuis la source de tension appliquée sur le connecteur d'entrée In. Au lieu de vérifier la tension de sortie dircetement sur la sortie VOut du LM723, c'est à dire avant le transistor de puissance (sur le collecteur), on vérifie la tension après le transistor de puissance (sur l'émetteur). Ainsi, si ce dernier apporte une chute de tension supplémentaire, ce qui est inévitable, le système de régulation de tension en tient compte, et la tension de sortie est la même que celle que l'on aurait eu sans transistor.Section positive
Le schéma est tiré d'une application du constructeur, auquel j'ai apporté quelques modifications mineures. Inutile d'apporter des modifications majeures, quand que le schéma d'origine fonctionne parfaitement (il est assez rare que les schémas proposés par les fabricants de CI eux-mêmes soient non fonctionnels). Modifications mineures donc :- changement du transistor ballast Q101 (c'est le nom que l'on donne au transistor additionnel) 2N3054 d'origine, par un TIP122. Pourquoi ? Pour deux raisons. La première raison est d'ordre mécanique, le TIP122 est plus facile à caser qu'un 2N3054. La deuxième raison est d'ordre électrique, le TIP122 est un darlington, qui possède donc un gain bien plus élevé que le 2N3054. La qualité de la régulation en charge, c'est à dire la capacité à garder une tension de sortie qui fluctue peu quand le courant de sortie varie beaucoup, est meilleure avec un transistor qui à un plus grand gain. Ce point a une moins grande importance quand le courant de sortie reste faible.
- changement de la valeur des résistances déterminant la valeur de la tension de sortie, R101 et R102. A l'origine, R101 vaut 7K87 et R102 vaut 7K15. Valeurs qui existent bien, certes, mais dans une série de valeurs qui n'est pas tenue en stock par tous les revendeurs de composants électroniques. J'ai donc décidé de donner la valeur de 10K à R101 et à R102. Vous connaissez cette valeur de 10K un peu mieux que les deux précédentes, j'imagine. Bien entendu, cela retire à la précision de la tension de sortie que l'on aurait eu avec les résistances de précision. Pour compenser cette perte de précision, j'ai ajouté un petit potentiomètre ajustable pour définir avec certitude la valeur de la sortie +15V à +15,0V. Vous avez donc le choix entre utiliser les valeurs d'origine (7K87 et 7K15) sans ajouter de potentiomètre ajustable, ou de suivre mon schéma. N'oubliez pas de court-circuiter l'emplacement des deux pattes externes du potentiomètre ajustable si vous n'en voulez pas.
Section négative
On garde le même circuit intégré régulateur de tension (je devrais dire le LM723, ça va plus vite), et on lui ajoute là aussi un transistor ballast; vous savez, celui qui donne un coup de main quand le LM723 n'en peut plus. Le cablage d'ensemble a un peu changé, ce dont on peut se douter quand on sait que le LM723 est un régulateur de tension positif. Utiliser un régulateur positif pour réguler une tension négative... toujours ces idées complètement farfelues, mais qui fonctionnent pourtant. Dans cette section négative, la valeur de la tension de sortie est aussi déterminée par la valeur de deux résistances fixes, R201 (3K65 à l'origine proposée par le fabricant du LM723) et R202 (11K5 à l'origine). Notez la présence d'une résistance R205 entre base et collecteur du transistor ballast TIP127 (darlignton comme le TIP122, mais en PNP au lieu de NPN), qui permet de définir un courant de base suffisant au transistor pour assurer une conduction (et donc régulation en fin de compte) correcte. Cette résistance se calcule normalement en fonction du courant de sortie maximal désiré et du gain (beta) du transistor. A l'origine, j'avais utilisé un TIP32 à cet endroit, mais la tension de sortie chutait bien trop vite dès qu'on tirait un peu trop de courant, et ce, même avec une résistance R205 de faible valeur (j'étais descendu à 820 ohms). Le gain de ce transistor était trop faible et ne convenait pas pour une sortie sous 1 ampère. J'ai donc cherché un transistor plus adpaté et ai adopté celui désormais présent sur le schéma. Remarque particulière à faire pour cette section négative, concernant le point de sortie du LM723. Ce dernier possède une sortie VOUT, c'est habituellement celle que l'on utilise comme sortie régulée (c'est le cas pour la section positive). Or ici, on branche la base du transistor ballast non pas sur cette sortie VOUT, mais sur la sortie Vz, qui fait plus penser à "Tension Zener" qu'à "Tension de Sortie". Cela m'a aussi intrigué au début, je vous rassure. Mais en regardant le schéma interne du LM723, on se rend compte que la sortie Vz donne accès à une diode zener de 6V2 simplement reliée en série avec la sortie VOUT. La raison de cette connection "bizarre" n'est pas mentionnée dans le datasheet, mais je suppose qu'elle est faite pour des tensions de sortie supérieures à une certaine valeur, genre 7V à 10V. J'ai tenté de raccorder la sortie VOUT à la base de Q201, juste pour voir ce que cela donnait, et j'obtenais la même tension en sortie. Mais je ne suis pas bien courageux, et ai donc laissé la connection telle qu'indiquée par le constructeur. Je ne l'ai pas expressement dit, mais j'ai apporté les même modifs sur la section négative que celles apportées sur la section positive. A l'origine le transistor Q201 était un 2N4898.Schéma 006b - version +/-15 V, 3 A
Bonjour Rémy, le schéma 006 me plait bien, mais ce serait super s'il pouvait débiter au moins 2,5 A sur les deux branches. Possible ?Pas impossible. Côté branche positive, vous allez tomber des nues si je vous dis que la circuiterie en est déjà capable... et oui, le TIP122 peut débiter 5 A en coutinu (8 A en pointe) et est capable de dissiper une puissance max de 65 W. Si on dispose en entrée d'une tension de 18 V non régulée et d'une tension de sortie régulée de 15 V, cela fait un différentiel de 3 V. Et 3 V sous 3 A, cela fait 9 W. C'est beaucoup mais le TIP122 le supporte sans problème, à condition bien sûr de lui adjoindre le dissipateur thermique qui va bien. Côté branche négative, par contre, ça ne colle pas de la même façon. Le TIP127 est lui aussi capable de fournir 5 A en régime permanent et de dissiper 65 W. Mais si on laisse le schéma 006 tel quel, on se rend compte que la tension de sortie -15 V chute au-dela de 1,5 A de débit. Pour contourner ce problème, il suffit de réduire la valeur de la résistance R205, qui de 2,2 kO doit passer à une valeur comprise entre 220 et 470 ohms.
Ce qui en fin de compte conduit - côté branche négative - à retrouver un schéma similaire à celui de l'alim négative simple 011. Comment ? Oui, je sais, j'aurais pu éviter de redessiner le schéma et me contenter de dire qu'il fallait changer la valeur de R205. Petit détail pour finir : penser à (re)dimensionner les condensateurs de filtrage principaux qui se trouvent en amont de cette section alimentation (après les diodes de redressement). Une valeur de 4700 uF sur chaque branche sera la bienvenue.
Schéma 006c - +/-30 V, 5 A
Bonjour Rémy, et pour une tension de sortie de +/-30 V sous un courant de 5 A, c'est jouable ?Si on garde la structure adoptée précédement et qu'on applique une tension de 35 V en entrée, on s'aperçoit que la tension de sortie est toujours de +/-15 V et que pour un même courant de sortie les transistors ballast chauffent plus qu'avant. Normal, leur différentiel dépasse maintenant 15 V et sous 1 A ça fait déjà plus de 15 W à dissiper ! En modifiant la valeur des résistances R101/R102 et R201/R202, on peut faire grimper les tensions de sortie à +/-30 V (en fait un peu moins pour la branche négative). Chouette. Sauf que les TIP122 et TIP127 supportent un courant collecteur maximal de 5 A et qu'il ne serait donc pas très prudent de les garder...
Je vous suggère plutôt le couple de transistors complémentaires BDX53 / BDX54, qui sont aussi des darlingtons mais qui peuvent grimper à 8 A pour une dissipation maximale de 60 W (à 25 °C). Avec une tension d'entrée de 35 V et une tension de sortie de 30 V, cela donne une dissipation max de 25 W, on a donc une réserve suffisante. Ce qui n'empêche pas de prévoir un gros radiateur car ça va bien chauffer (problème bien connu de la régulation linéaire pour de forts courants de sortie). Le schéma montre les modifications apportées par rapport au schéma 006b. Les résistances R101/R102 et R201/R202 d'une part, mais aussi le potentiomètre ajustable RV201 pour une plage de réglage un peu plus étendue et aussi la résistance R205 pour pouvoir vraiment descendre à -30 V (si cette résistance est de valeur trop élevée, la tension de sortie ne peut que difficilement dépasser -28 V). La résistance R103 et le condensateur C102 constituent un réseau de filtrage supplémentaire qui améliore la qualité de l'ondulation résiduelle de sortie, ce réseau est optionnel (si vous le supprimez, reliez simplement les broches 5 et 6 de U101 comme c'était fait pour les deux montages précédents).
Avertissement : je n'ai pas fait de maquette pour cette version (j'ai tout ce qu'il faut mais pas le temps) !
Pour ceux qui aiment les calculs, voici comment déterminer la valeur de R205 :
R205 = (Vin - Vout - Vbe) * (Beta / Iout)
Vbe et Beta correspondant respectivement à la tension base-émetteur et au gain du transistor Q201 (données issues du datasheet Fairchild). Dans notre cas cela donne :
R205 = (35 - 30 - 2,5 V) * (750 / 5)
R205 = 375 ohms
Valeur supérieure à celle que j'ai adoptée dans mon schéma... Pourquoi ? parce que je me suis fié aux retours d'une personne qui a réalisé la version 3 A et qui m'a confirmé que la valeur théorique de cette résistance était insuffisante en pratique, à moins d'augmenter la tension d'entrée, ce qui fait chauffer encore plus les transistors... Je me suis donc appuyé sur les résultats d'une simulation faite dans Proteus, qui vont dans le même sens. Explication : le gain du transistor BDX54 est censé être de 750 pour un courant collecteur de 3 A, mais il peut bien sûr varier. Je vous suggère donc de faire des tests avec R205 comprise entre 68 ohms et 390 ohms, et de garder la valeur la plus élevée qui vous permet de garder la bonne tension de sortie pour un débit de 5 A permanent.
Prototype
Réalisé par Thibaut R.-M., que je remercie pour ses retours positifs.
Circuit imprimé
Non réalisé.Historique
08/02/2015- Ajout photos du prototype de Thibaut R.-M., que je remercie.
16/06/2013
- Ajout schéma 006c pour version +/-30 V, 5 A.
11/03/2012
- Ajout schéma 006b pour version +/-15 V, 3 A.