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Electronique > Réalisations > Alimentations > Alimentation THT 001

Dernière mise à jour : 17/10/2021

Voir ausi Alimentations THT - Bases

Présentation

Cette alimentation produit une tension d'environ 5000 volts à vide, à partir de la tension 230 Vac du secteur. 


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Son usage premier est la production d'ions négatifs, par le bais de petites "antennes" pointues.


Avertissement

Les explications données ici s'adressent à des personnes ayant déjà une certaine connaissance de l'électronique, et devraient être assez claires. Cependant, si vous avez le moindre doute, ne tentez rien ! Je décline toute responsabilité en cas de problèmes résultant de mauvaises manipulations ! Il est question ici d'élements branchés directement sur le secteur 230V qui est très dangeureux, et produisant une tension élevée, qui si elle n'est pas forcement toujours dangeureuse, peut néanmoins être très désagréable et choquante. Les précautions d'usage s'appliquent avant toute intervention.


Schéma

Le schéma montre un ensemble de cellules diodes / condensateurs montées en série, chaque cellule augmentant la tension d'environ 300 V.


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La tension de 230 Vac appliquée à l'entrée du multiplicateur de tension, est progressivement augmentée par chaque cellule diode / condensateur. Elle finit par atteindre une valeur négative d'un peu plus de 5000 V sur l'anode de la dernière diode (D16). La montée en tension est progressive, du fait que les condensateurs sont déchargés au moment de la mise sous tension : la tension de -5000 V est atteinte au bout de quelques secondes.

Côté secteur 230 Vac, la Phase doit être appliquée sur le condensateur C1 et le Neutre doit être appliqué au point commun D1/C2. La tension de sortie de -5 kV doit en effet être référencée à la terre.

Les pointes doivent être très pointues (acérées) pour une bonne production d'ions. On s'appuie ici sur le principe de "l'effet de pointe" pour une concentration maximale d'ions. On peut par exemple utiliser des aiguilles de couture.

Un ventilateur placé à l'arrière des pointes peut être utilisé pour répartir les ions dans la pièce.


Choix des composants 

Du fait des tensions présentes dans le montage, les diodes, résistances et condensateurs doivent tous supporter une tension élevée.

Les diodes peuvent être des 1N4007 qui supportent une tension inverse de 1000 V, ne pas prendre des 1N4005 ou 1N4006 !

Les condensateurs doivent être de type X2 (usage permanent sur le secteur) ou des modèles de tension de service de 630 Vac minimum. 

Les résistances ordinaires supportant généralement une tension max de 250 V ou de 300 V, on doit se tourner vers des modèles spécifiques, par exemple celles de la série VR25 (250 mW / 1,6 kV) ou de la série HVR37 (500 mW / 3,5 kV).


Peut-on toucher les pointes de touches ?

De part sa construction, il est hors de question de toucher au montage quand il est raccordé au secteur 230 V. 

Ceci dit, les pointes de diffusion des ions négatifs doivent être exposées hors du coffret qui habille le montage, sinon l'interêt du système est fortement limité. Que se passe-t-il donc si l'on touche les pointes portées au potentiel de -5 KV ? En fait, on ressent un simple picotement, dont la force dépend de la vitesse et de la force avec laquelle on a touché lesdites pointes. Le corps humain présente en effet une résistivité ohmique qui se comporte quasiment comme un court-circuit s'il se trouve connecté entre la masse et la sortie du montage, et en cas de contact direct, la tension de sortie s'écroule complètement. Cela n'empêche pas que le contact n'est pas forcement très agréable (au moment même de la décharge des condensateurs dans le corps), il dépend de la sensibilité de chacun.

Les huit résistances de 2,2 MO montées en série avec la sortie THT (R1 à R8) diminue le courant de sortie en cas de contact accidentel. Notez que l'emploi d'une seule résistance de valeur plus élevée n'est pas possible, car en cas de court-circuit en sortie, elle se verrait appliquer sur ses bornes une tension bien trop élevée, ce qui la vieillirait prématurement si elle ne claquait pas immédiatement. Ces résistances R1 à R8 doivent supporter au moins 1 kV chacune.


Peut-on mesurer la tension de sortie ?

Pas facile, mais faisable.

La valeur très grande de la résistance de sortie de l'alimentation impose l'utilisation d'un voltmètre doté d'une résistance d'entrée extrêmement élevée, d'au moins 1 GO. L'utilisation d'un voltmètre à aiguille (dont la résistance d'entrée est généralement de 20 kO / volt) est d'office exclue. Quant à l'utilisation d'un voltmètre numérique, la haute impédance d'entrée (10 MO ou plus) reste encore trop faible pour la mesure qui nous concerne.

Prenons l'exemple d'un voltmètre dont l'impédance d'entrée est de 10 MO, qu'on raccorde en sortie de l'alimentation THT 001 (calibre 1000 V ou 2000 V). La tension affichée, comprise entre 500 V et 1000 V, est très nettement inférieure aux 5000 V attendus !


alim_tht_001_meas_1r-dvm-10m 


Cette façon de procéder ne convient pas pour au moins deux raisons :

Prudent comme vous l'êtes, vous devez insérer une résistance série de mesure (Rmeas sur le schéma) pour répondre aux deux impératifs sous-entendus ci-devant :

En utilisant une résistance série de mesure de 1 GO, la tension mesurée sur le voltmètre sera certes diminuée, mais au moins l'alimentation sera moins sollicité et la valeur affichée sera plus parlante !


alim_tht_001_meas_1g-dvm-10m 


Le schéma qui précède met en évidence une chute de tension en sortie de l'alimentation THT, même avec la résistance de 1 GO insérée en amont du voltmètre numérique (Vout vaut 4,8 kV au lieu de 5,1 kV). Cela indique que la charge vue de l'alimentation est encore trop importante et qu'il faut l'augmenter davantage. 

En portant la valeur de Rmeas à 10 GO, la valeur affichée sur le voltmètre sera enfin pertinente (mais aussi, bien sûr, encore plus faible).


alim_tht_001_meas_10g-dvm-10m  


Si on y regarde bien, la résistance Rmeas de 10 GO associée à la résistance d'entrée de 10 MO du voltmètre forme un diviseur de tension de 1000 (1001 pour être exact). On peut donc considérer qu'on dispose d'un appareil de mesure dont l'impédance d'entrée est de 10 GO et dont la valeur affichée doit simplement être multipliée par 1000 pour connaître la tension de sortie de l'alimentation : avec une valeur de tension affichée Vmeas égale à 5,12 V, on en déduit que la tension Vout est de 5,1 kV.

Voici un tableau résumant les tensions auxquelles on peut s'attendre, en fonction de la valeur de Rmeas et de la résistance interne du voltmètre, en partant du principe que la tension de sortie de l'alimentation THT 001 est de 5,1 kV à vide (sans charge).


Rmeas Rvoltmetre Vout Vmeas Iout Erreur de mesure
0 R 10 MO 730 V 730 V 73 uA
0 R 100 MO 2,8 kV 2,8 kV 28 uA
0 R 1 GO 4,8 kV 4,8 kV 4,8 uA
0 R 10 GO 5,1 kV 5,1 kV 0,5 uA
1 GO 10 MO 4,8 kV 47 V 4,7 uA
1 GO 100 MO 4,8 kV 430 V 4,3 uA
1 GO 1 GO 4,9 kV 2,5 kV 2,5 uA
1 GO 10 GO 5,1 kV 4,6 kV 0,47 uA
10 GO 10 MO 5,1 kV 5 V 0,5 uA
10 GO 100 MO 5,1 kV 50 V 0,5 uA
10 GO 1 GO 5,1 kV 460 V 0,47 uA
10 GO 10 GO 5,1 kV 2,5 kV 0,25 uA

Quel modèle de résistance prendre pour Rmeas ?

Remarque : un voltmètre à lampe (à tube électronique) est idéal pour ce type de mesure.


Réalisation

Avec une tension de 5000 V, l'air ne fait pas un très bon isolant. Des étincelles peuvent se produire sur une distance de plusieurs mm. Il est donc impératif qu'une distance minimale soit respectée entre l'entrée et la sortie de chaque cellule multiplicatrice. Cette distance minimale est de 10 mm, tenez-en bien compte lors de l'assemblage des composants !

Si les composants sont montés sur un circuit imprimé, notez que le matériau de la plaque n'est pas un isolant parfait pour les hautes tensions. Un montage "en l'air" est moins joli, mais il permet une tension de sortie un peu plus élevée.


Circuit imprimé (PCB)

Un circuit imprimé standard "epoxy FR4" pourra être préféré pour l'implantation des composants, malgré ce qui a été écrit ci-devant.


alim_tht_001_pcb_overlay


Ca ne fonctionne pas !

Comme dit ci-devant, la réalisation pratique est un point "sensible". Respectez les indications suivantes :


Historique

17/10/2021
- Ajout informations concernant la mesure de la haute tension de sortie.
- Proposition d'un circuit imprimé.

03/03/2008
- Première mise à disposition