Caractéristiques principales
Tension : +/-16,5 V
Courant : 4 A
Régulée : Oui
Présentation
Cette réalisation a été conçue sur demande, et je ne l'ai pas testée personnellement (en fait j'ai déjà testé la branche positive mais pas la branche négative, la mise en gras sert donc d'avertissement). Elle s'appuie sur de traditionnels régulateurs de tension intégrés de type LM317 et LM337, associés à des transistors de puissance BDX53 et BDX54 qui permettent de débiter en sortie un courant plus important que celui permis par les régulateurs de tension seuls. Si vos besoins en courant se limitent à un ampère au maximum, je vous suggère de vous tourner vers l'alimentation proposée en page Alimentation symétrique 001.
Schéma
Le schéma qui suit représente l'alimentation dans sa totalité.
Abaissement tension
Effectué par le transformateur TR1. Ce dernier doit produire une tension secondaire le plus proche possible de ce qui est nécessaire. Si cette alimentation est utilisée pour le besoin précisé, à savoir débitant un courant de sortie de 3,5 A sur les deux branches positive et négative, il est important de tenir compte des pertes, et le moindre volt "en trop" en entrée occasionne une dissipation de puissance supplémentaire de 3,5 W ! Dans le cas présent, il faudrait pour bien faire, disposer d'un transformateur délivrant deux tensions de 17 V. Comme cela ne court pas les rues, on choisi un transfo délivrant 2 x 18 V avec un débit maximal de courant de 4 A ou 5 A (modèle conseillé 90 VA, minimum 75 VA). Si votre transfo de 18 V délivre une tension plus élevée (à cause du transfo lui-même ou de la tension secteur qui est plus élevée chez vous), vous pouvez à la limite envisager le retrait de quelques spires des secondaires du transfo. Attention, c'est rarement difficile à enlever, mais c'est plus dur à remettre après...
Redressement et filtrage
La conversion de la tension alternative présente en sortie secondaire du transformateur en une tension redressée (pas encore continue car pas encore filtrée) est assurée par le pont de diodes D1 à D4. Ces diodes peuvent être des diodes de redressement quelconque du moment qu'elles soient en mesure de supporter un courant permanent de 10 A et des pointes de courant de 100 A. Vous pouvez utiliser quatre diodes séparées ou un pont de diodes moulé. Les condensateurs de filtrages qui suivent (C1 et C4) ont en effet une forte valeur, et comme vous le savez peut-être déjà, un condensateur déchargé (alimentation éteinte depuis un moment) se comporte comme un court-circuit. Dans le cas qui nous concerne, le courant de pointe au démarrage (durée quelques ms) pourrait être de 80 A environ, mais il est en fait limité dans la pratique par la capacité réelle en courant de sortie du transformateur. Une limitation forcée (diminution) de ce courant d'appel pourrait être opérée en ajoutant une résistance de valeur faible (entre 0,1 ohm et 1 ohm) entre la sortie du pont de diodes et le condensateur de filtrage. Ce n'est pas fait ici car on considère que les diodes choisies tiennent bien le coup. La forte valeur donnée aux condensateurs de filtrage C1 et C4 est justifiée par les courants de sortie prévus (3,5 A) et par le souhait de conserver une ondulation résiduelle (tension alternative parasite) faible sur les tensions de sortie. Dans la pratique, C1 et C4 pourront être composés de plusieurs condensateurs de plus faible valeur, par exemple 5 condensateurs de 2200 uF ou 2 condensateurs de 4700 uF (vu la tolérance des condensateurs chimiques de forte valeur, il serait ridicule de chercher à obtenir une combinaison qui donne pile 10000 uF).
Régulation de tension
Elle est assurée le plus simplement du monde par ces merveilleux composants à trois pattes que sont les LM317 (pour la régulation positive) et LM337 (pour la régulation négative). Les tensions de sorties dépendent de la valeur donnée aux résistances R2 et R3 pour la partie positive et de la valeur donnée aux résistances R6 et R7 pour la partie négative, et répondent aux formules simples suivantes :
+Vout (tension de sortie positive) = 1,25 * (1 + (R3 / R2))
-Vout (tension de sortie négative) = 1,25 * (1 + (R7 / R6))
Cette alimentation a été conçue pour délivrer des tensions symétriques de +/-16,5 V, mais il va (presque) de soi que l'on peut choisir d'autres valeurs de tension. Il suffit de modifier le rapport des valeurs des résistances R3/R2 et R7/R6. Pas besoin de faire vous-même les calculs, ils sont déjà faits et dispos à la page Alimentation simple 003.
Mauvais point pour moi, je ne vous ai pas invité à le faire vous-même, ni à vérifier mes propres résultats...
Deux remarques :
- Si vous souhaitez une tension de sortie de 5 V, ne gardez pas un transfo de 18 V en entrée...
- Si vous souhaitez disposer de tensions de sortie parfaitement ajustées, remplacez R3 et R7 par une résistance câblée en série avec un potentiomètre ajustable (par exemple 1 kO fixe + 1 kO ajustable). Le potentiomètre ajustable doit impérativement être de très bonne qualité (mais pas forcement multitours), de préférence de type cermet.
Fourniture en courant
Comme les petits bouts à trois pattes (régulateurs de tension) sont limités en courant de sortie à 1,5 A, des transistors de puissance sont ajoutés pour fournir le supplément. Le principe de fonctionnement de ce circuit "coup de pouce" est fort simple à comprendre. On met en parallèle sur le régulateur de chaque branche, un transistor qui n'est là que pour apporter du courant (il ne joue aucun rôle dans la régulation de la tension de sortie). Ce transistor ne conduit que si la tension entre sa base et son émetteur est suffisante, cette tension devant être de quelques dizièmes de volts. Et que trouve-t-on précisement entre base et émetteur de ces transistors ? Une résistance de faible valeur (10 ohms) qui est parcourue par le courant sortant (et donc aussi entrant) du régulateur de tension. Avec une valeur de résistance de 10 ohms, il suffit d'un courant de quelque 70 mA pour faire conduire le transistor, car :
U = RI
U = 10 * 0,07 = 0,7 V
Cela implique deux choses :
- le courant minimal requis en sortie est de 70 mA pour que le transistor commence à conduire
- le courant fourni par le régulateur lui-même sera toujours inférieur à 100 mA, tout le reste du courant demandé passe par le transistor.
Indication visuelle de la présence des tensions de sortie
C'est sans doute le morceau le plus difficile de cette réalisation. On utilise en effet deux leds, chacune avec une résistance série, et ces leds s'allument quand la tension de sortie est bien là. Oui, j'admet une certaine rudesse dans mes propos. Pourquoi donc des résistances en série avec les leds ? Allez, une petite piste...
Plus sérieusement, ces leds jouent un rôle autre que celui d'émettre de la lumière : celui de consommer un courant minimal quand rien d'autre n'est branché en sortie d'alim (ce qui peut arriver). En procédant ainsi, on garantit un fonctionnement correct des régulateurs en toute circonstance.
Circuit imprimé
Non réalisé.
Corrections et remarques
07/11/2010
- Correction erreur formules pour calcul des tensions de sortie des LM317 et LM337.
Il était noté :
+Vout (tension de sortie positive) = 1,25 * (1 + (R2 / R3))
-Vout (tension de sortie négative) = 1,25 * (1 + (R6 / R7))
Les bonnes formules sont les suivantes :
+Vout (tension de sortie positive) = 1,25 * (1 + (R3 / R2))
-Vout (tension de sortie négative) = 1,25 * (1 + (R7 / R6))
Merci à Adnen de m'avoir signalé cette coquille.