ELECTRONIQUE 3D
L'ELECTRONIQUE FACILE ET AMUSANTE
Alimentation stabilisée universelle à transistors
- Nicolas, une alimentation à composants discrets, que des transistors, sans circuits intégrés, adaptable selon ses besoins, cela te tente...
- Bof...
- Quoi bof ! Attends cela tient la route ! Ce n'est pas un schéma à la petite semaine, à la pousse moi que j'tombe.
- Hé alors ?
- Hé alors! Ben attend... Je chemine consciencieux pour te faire plaisir, et tu me fais Bof. Je trifouille comme un malade dans mes archives pour te faire zieuter un truc sympa, et tu me joues les blasés, façon adjudant de carrière années 70. Tu comprends que cela me chagrine, cela me refile comme des impatiences...
- Heu... Hum... Heu... Et bien tient, j'ai justement besoin d'une alimentation qui va de 1 à 22 volts sous 2 ampères. :-)
- A bien tout de même... Je vois que monsieur s'intéresse.
- Oui bien sûr que je m'intéresse, mais tu sais Jacky, il faut que tu t'imprègnes quand ce moment, je pédale rétrograde, c'est la rentrée des classes...
Ha bon... Si tu as des problèmes de dérailleur, alors je conçois.
Non, c'est le pédalier.
- Hum... Allons donc... Le pédalier en plus... Hum... Un vélo tout neuf d'occasion ...
- Donc, je disais donc que pour commencer ce montage, je définis le choix du transformateur pour une alimentation de 1 à 22 V sous 2A..
- Tension du transformateur :
- Sa tension de service sera au moins égale à la tension de sortie maximum de ton alimentation (22 volts).
- Puissance du transformateur :
- On pourrait être tenté de prendre un transformateur de 2 ampères. Mais il ne faut pas oublier qu'il y à des pertes, en plus il n'est pas très bon de faire travailler un transformateur à la limite de ses possibilités. Dis-toi bien qu'un transformateur à la limite de sa puissance va chauffer, un transformateur doit tiédir tout au plus.
Il est donc bien de multiplier la valeur en courant voulue par √2. Soit 2*1,414= 2,8, donc 3 A convient. Soit une puissance de 22V *3= 66 VA.
- Et bien maintenant Nicolas, tu vas voir chez les marchands de composants, s'ils disposent d'un transformateur de 22 V 66 VA.
- Ils n'en n'ont pas. Le plus près est 24 V et 80 VA de puissance.
- Très bien, c'est donc celui-ci que l'on va prendre, et vu qu'il sortira un peu plus de 22 V, ton alimentation pourra grimper de 1 à 24 V sous 2 A.
- Bof...
- Quoi bof ! Attends cela tient la route ! Ce n'est pas un schéma à la petite semaine, à la pousse moi que j'tombe.
- Hé alors ?
- Hé alors! Ben attend... Je chemine consciencieux pour te faire plaisir, et tu me fais Bof. Je trifouille comme un malade dans mes archives pour te faire zieuter un truc sympa, et tu me joues les blasés, façon adjudant de carrière années 70. Tu comprends que cela me chagrine, cela me refile comme des impatiences...
- Heu... Hum... Heu... Et bien tient, j'ai justement besoin d'une alimentation qui va de 1 à 22 volts sous 2 ampères. :-)
- A bien tout de même... Je vois que monsieur s'intéresse.
- Oui bien sûr que je m'intéresse, mais tu sais Jacky, il faut que tu t'imprègnes quand ce moment, je pédale rétrograde, c'est la rentrée des classes...
Ha bon... Si tu as des problèmes de dérailleur, alors je conçois.
Non, c'est le pédalier.
- Hum... Allons donc... Le pédalier en plus... Hum... Un vélo tout neuf d'occasion ...
- Donc, je disais donc que pour commencer ce montage, je définis le choix du transformateur pour une alimentation de 1 à 22 V sous 2A..
- Tension du transformateur :
- Sa tension de service sera au moins égale à la tension de sortie maximum de ton alimentation (22 volts).
- Puissance du transformateur :
- On pourrait être tenté de prendre un transformateur de 2 ampères. Mais il ne faut pas oublier qu'il y à des pertes, en plus il n'est pas très bon de faire travailler un transformateur à la limite de ses possibilités. Dis-toi bien qu'un transformateur à la limite de sa puissance va chauffer, un transformateur doit tiédir tout au plus.
Il est donc bien de multiplier la valeur en courant voulue par √2. Soit 2*1,414= 2,8, donc 3 A convient. Soit une puissance de 22V *3= 66 VA.
- Et bien maintenant Nicolas, tu vas voir chez les marchands de composants, s'ils disposent d'un transformateur de 22 V 66 VA.
- Ils n'en n'ont pas. Le plus près est 24 V et 80 VA de puissance.
- Très bien, c'est donc celui-ci que l'on va prendre, et vu qu'il sortira un peu plus de 22 V, ton alimentation pourra grimper de 1 à 24 V sous 2 A.
- Choix du pont de diodes :
- Le pont de diodes ne doit pas être sous dimensionné non plus. Toujours le problème de surchauffe... En principe, je prends la valeur en ampérage souhaité, multipliée par 1,5... Soit 2 *1,5= 3 A. Donc le pont de diodes B250C3700-2200 (3,7 A) convient.
- Choix du condensateur de filtrage :
- Ici point de mégotage non plus. La valeur de la capacité de ce condensateur détermine la tension de ronflement à l'entrée du montage, et dans une moindre valeur celle de la sortie. La tension de sortie au niveau du pont à diode sera d'environ 24*√2= 34 Volts. De cette valeur, on enlève théoriquement la chute de tension occasionnée par le pont de diodes (1,4Volt environ).
- Pourquoi théoriquement ?
- Et bien, cette perte est compensée par le fait que les transformateurs délivrent une tension de sortie un peu plus grande que la valeur annoncée. Maintenant, regarde le schéma.
- Le pont de diodes ne doit pas être sous dimensionné non plus. Toujours le problème de surchauffe... En principe, je prends la valeur en ampérage souhaité, multipliée par 1,5... Soit 2 *1,5= 3 A. Donc le pont de diodes B250C3700-2200 (3,7 A) convient.
- Choix du condensateur de filtrage :
- Ici point de mégotage non plus. La valeur de la capacité de ce condensateur détermine la tension de ronflement à l'entrée du montage, et dans une moindre valeur celle de la sortie. La tension de sortie au niveau du pont à diode sera d'environ 24*√2= 34 Volts. De cette valeur, on enlève théoriquement la chute de tension occasionnée par le pont de diodes (1,4Volt environ).
- Pourquoi théoriquement ?
- Et bien, cette perte est compensée par le fait que les transformateurs délivrent une tension de sortie un peu plus grande que la valeur annoncée. Maintenant, regarde le schéma.
- C'est la tension aux bornes de la résistance R7 qui sert à contrôler la limitation de courant via P2-R5-RV1 et Q6. À la puissance maximum de l'alimentation (2 A) la chute de tension aux bornes de R7 est de 0,56 * 2A= 1,12 volts (U=R*I). Il y a aussi une perte de tension aux bornes collecteur-émetteur de Q7 ( Q1-Q2-Q7), environ 2,5 volts.
Ainsi à la tension maximale de ton alimentation (24 V) il faut à l'entrée + IN une tension minimale de 24+1,12V+2,5V= 28 volts. On a calculé plus haut une tension minimum de 34 volts (tension aux bornes de la capacité de filtrage) d'où une différence de 6 volts. Connaissant cette tension de ronflement, on calcule la valeur du condensateur de filtrage par la formule C= I * T / Ur (I=courant maxi de sortie_T= durée de la période après redressement double alternance (100Hz) _Ur= tension de ronflement).
Ce qui fait donc C (Farad)= (2A*0.01)/6= 3300µF. C aura donc une valeur de 3300 minis où mieux 4700µF 63V.
- Calcul du dissipateur :
- Le choix du dissipateur est important et là non plus pas de mégotage, je dirais même que l'opulence s'impose. Tu vois sur le schéma que c'est le seul transistor 2N3055 qui va drainer le courant de sortie. Certes le 2N3055 est une bête de travail, le Comtois de l'électronique, mais il faut en prendre soin tout de même. Donc il sera placé à l'extérieur du boîtier, afin de lui procurer un bon refroidissement.
Pour ce calcul, une règle tacite existe:
La dissipation maximale du transistor ballaste est égale à la tension à son entrée multipliée par le courant maximum ici 2A:
P maxi= 30V * 2= 60W.
Moi je considère la tension minimum à laquelle on demande l'intensité maxi (2 A), j'estime cette tension à 4,5 V. En effet rare sont les montages qui demandent beaucoup d'intensité en dessous de cette tension. Donc P maxi= (30-4,5) * 2 A = 51 watts environ. Comme il ne faut pas être radin sur cette puissance, je prends la moyenne des deux, soit Pm= 55 watts.
Compte tenu de ces éléments, on peut calculer le type de radiateur à utiliser (résistance thermique).
La formule est Rth = (Tj-Ta/Pm)-Rjb-Rbr. Soit Rth= (200-25/55)-1,5-0,5= 1,3 °C/W. Si on place du mica entre le transistor et le radiateur retrancher 0,5 soit 0,8 °C/W, ou tout autre dissipateur de résistance thermique inférieure.
- Dans tous les cas mettre de la graisse silicone.
- Étude du schéma :
- On voit que le régulateur de tension proprement dit prend en fait la forme du transistor Q7 un 2N3055. Celui-ci associé à Q1-Q2 il constitue un émetteur suiveur à gain en courant élevé. Q3-Q4 constitue un amplificateur différentiel comparant la tension de consigne (fixée par l'utilisateur) présente sur le curseur de P1 avec une fraction de la tension de sortie dérivée par le biais du diviseur résistif RV2-R8.
L'amplificateur différentiel essaye de rendre égales ces deux tensions en faisant varier en conséquence, par Q5, la commande de l'émetteur suiveur de sortie (Q2-Q1-Q7). Si la tension de sortie dépasse la valeur fixée à l'aide de P1, Q5 verra sa conductivité augmenter de sorte que la base de Q2 se trouve forcée vers la masse. Q2-Q1-Q7 deviendra donc moins passant diminuant ainsi la tension de sortie. Si la tension de sortie tombe en deçà de la valeur requise, on aura une fonction du processus inverse.
La limitation de courant est confiée à Q6 par le biais de R7 placée sur la ligne de sortie. Cette résistance fait office de détecteur de courant, en effet, la différence de tension aux bornes de celle-ci est liée au courant la traversant, (U=R*I). Si cette tension dépasse une certaine valeur, la tension aux bornes du réseau RV1-R5-P2 aura augmenté, elle aussi, rendant conducteur Q6 depuis P2. Q6 met progressivement à la masse la commande de Q2. L'émetteur suiveur verra sa conduction diminuer, ceci se traduira par une chute de tension en sortie.
Le potentiomètre P1 permet de varier la tension de sortie de 0 V et le maximum désiré. L'ajustable RV2 permet de définir le maximum. La formule de cette tension répond à l'équation Umax= 10 V * +(1+RV2/R8). Si RV2= 0 (curseur butée J1+) le maximum sera de 10 V. A l'inverse le maximum sera de 40 volts.
Le potentiomètre P2 permet de jouer sur la limitation de courant entre 0 A et une valeur ajustable définie par RV1. Lorsque RV1 est à zéro (curseur à fond vers R5) le maximum est de l'ordre de 2,5 A. À l'inverse, le courant sera de 0,5 A.
Il faut respecter une tension d'entrée minimum de 15V (IN +). Sinon la tension des diodes Zener D2-D3 ne sera plus définie.
- Réglage :
1- La tension : Avec un voltmètre à la sortie, on met P1 au maximum et on joue sur RV2 de manière à avoir la tension de sortie maximale requise, ici 24 V.
2- Le courant : Avec un ampèremètre en sortie: On connecte ensuite une résistance de charge à la sortie, (une ampoule halogène de 24 V 50 W convient, ou alors une ampoule de phare de voiture). On commence par mettre RV1 à sa résistance maximale (courant minimum), P2 au courant maximum et P1 à la tension maximale, avant de régler par action sur RV1, le courant des sorties à la valeur maximale souhaitée, ici 2 A.
- Pas mal, pas mal cette alime...
- Ha au fait... Fais voir ton vélo que je le répare. Hum... Comment cela se fait-il que tu pédales rétrograde... Le dérailleur... Le pédalier... Fichtre ! Un vélo d'occasion tout neuf qui n'a jamais servi... Cela n'est pas normal... Ha... Quand la qualité n'est plus là...
&^!!!!!!... Ou punaise...
Ainsi à la tension maximale de ton alimentation (24 V) il faut à l'entrée + IN une tension minimale de 24+1,12V+2,5V= 28 volts. On a calculé plus haut une tension minimum de 34 volts (tension aux bornes de la capacité de filtrage) d'où une différence de 6 volts. Connaissant cette tension de ronflement, on calcule la valeur du condensateur de filtrage par la formule C= I * T / Ur (I=courant maxi de sortie_T= durée de la période après redressement double alternance (100Hz) _Ur= tension de ronflement).
Ce qui fait donc C (Farad)= (2A*0.01)/6= 3300µF. C aura donc une valeur de 3300 minis où mieux 4700µF 63V.
- Calcul du dissipateur :
- Le choix du dissipateur est important et là non plus pas de mégotage, je dirais même que l'opulence s'impose. Tu vois sur le schéma que c'est le seul transistor 2N3055 qui va drainer le courant de sortie. Certes le 2N3055 est une bête de travail, le Comtois de l'électronique, mais il faut en prendre soin tout de même. Donc il sera placé à l'extérieur du boîtier, afin de lui procurer un bon refroidissement.
Pour ce calcul, une règle tacite existe:
La dissipation maximale du transistor ballaste est égale à la tension à son entrée multipliée par le courant maximum ici 2A:
P maxi= 30V * 2= 60W.
Moi je considère la tension minimum à laquelle on demande l'intensité maxi (2 A), j'estime cette tension à 4,5 V. En effet rare sont les montages qui demandent beaucoup d'intensité en dessous de cette tension. Donc P maxi= (30-4,5) * 2 A = 51 watts environ. Comme il ne faut pas être radin sur cette puissance, je prends la moyenne des deux, soit Pm= 55 watts.
- Le transistor ballast choisi est le 2N3055. Les données constructeurs indiquent:
- Puissance maximale de 115 W.
- Température maxi de la jonction (puce silicium) Tj max= 200°.
- Résistance jonction-boîtier: Rjb= 1,5 °C/W
- Résistance boiter-radiateur: Rbr= 0,5 °C/W
- Pour le cas où l'on isole le boîtier du transistor avec du mica, il faut savoir que cela ajoute une résistance thermique de 0,5.
- On détermine la température ambiante dans laquelle se trouvera le radiateur. En général, on prend Ta= 25° (si le radiateur se trouve à l'extérieur du boîtier).
Compte tenu de ces éléments, on peut calculer le type de radiateur à utiliser (résistance thermique).
La formule est Rth = (Tj-Ta/Pm)-Rjb-Rbr. Soit Rth= (200-25/55)-1,5-0,5= 1,3 °C/W. Si on place du mica entre le transistor et le radiateur retrancher 0,5 soit 0,8 °C/W, ou tout autre dissipateur de résistance thermique inférieure.
- Dans tous les cas mettre de la graisse silicone.
- Étude du schéma :
- On voit que le régulateur de tension proprement dit prend en fait la forme du transistor Q7 un 2N3055. Celui-ci associé à Q1-Q2 il constitue un émetteur suiveur à gain en courant élevé. Q3-Q4 constitue un amplificateur différentiel comparant la tension de consigne (fixée par l'utilisateur) présente sur le curseur de P1 avec une fraction de la tension de sortie dérivée par le biais du diviseur résistif RV2-R8.
L'amplificateur différentiel essaye de rendre égales ces deux tensions en faisant varier en conséquence, par Q5, la commande de l'émetteur suiveur de sortie (Q2-Q1-Q7). Si la tension de sortie dépasse la valeur fixée à l'aide de P1, Q5 verra sa conductivité augmenter de sorte que la base de Q2 se trouve forcée vers la masse. Q2-Q1-Q7 deviendra donc moins passant diminuant ainsi la tension de sortie. Si la tension de sortie tombe en deçà de la valeur requise, on aura une fonction du processus inverse.
La limitation de courant est confiée à Q6 par le biais de R7 placée sur la ligne de sortie. Cette résistance fait office de détecteur de courant, en effet, la différence de tension aux bornes de celle-ci est liée au courant la traversant, (U=R*I). Si cette tension dépasse une certaine valeur, la tension aux bornes du réseau RV1-R5-P2 aura augmenté, elle aussi, rendant conducteur Q6 depuis P2. Q6 met progressivement à la masse la commande de Q2. L'émetteur suiveur verra sa conduction diminuer, ceci se traduira par une chute de tension en sortie.
Le potentiomètre P1 permet de varier la tension de sortie de 0 V et le maximum désiré. L'ajustable RV2 permet de définir le maximum. La formule de cette tension répond à l'équation Umax= 10 V * +(1+RV2/R8). Si RV2= 0 (curseur butée J1+) le maximum sera de 10 V. A l'inverse le maximum sera de 40 volts.
Le potentiomètre P2 permet de jouer sur la limitation de courant entre 0 A et une valeur ajustable définie par RV1. Lorsque RV1 est à zéro (curseur à fond vers R5) le maximum est de l'ordre de 2,5 A. À l'inverse, le courant sera de 0,5 A.
Il faut respecter une tension d'entrée minimum de 15V (IN +). Sinon la tension des diodes Zener D2-D3 ne sera plus définie.
- Réglage :
1- La tension : Avec un voltmètre à la sortie, on met P1 au maximum et on joue sur RV2 de manière à avoir la tension de sortie maximale requise, ici 24 V.
2- Le courant : Avec un ampèremètre en sortie: On connecte ensuite une résistance de charge à la sortie, (une ampoule halogène de 24 V 50 W convient, ou alors une ampoule de phare de voiture). On commence par mettre RV1 à sa résistance maximale (courant minimum), P2 au courant maximum et P1 à la tension maximale, avant de régler par action sur RV1, le courant des sorties à la valeur maximale souhaitée, ici 2 A.
- Pas mal, pas mal cette alime...
- Ha au fait... Fais voir ton vélo que je le répare. Hum... Comment cela se fait-il que tu pédales rétrograde... Le dérailleur... Le pédalier... Fichtre ! Un vélo d'occasion tout neuf qui n'a jamais servi... Cela n'est pas normal... Ha... Quand la qualité n'est plus là...
&^!!!!!!... Ou punaise...
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