Alimentation ajustable 1

Caractéristiques principales

Tension : +1.3 V à +28 V
Courant : 3 A (ou 5 A)
Régulée : Oui

Cette alimentation est une alimentation ajustable, ce qui signifie que vous pouvez régler la tension de sortie à la valeur désirée, dans une plage comprise entre 1,3V et 28V. Le courant de sortie maximal est de 3A, qui correspond au courant maximal que peut fournir le régulateur de tension intégré utilisé ici. Moyennant le remplacement de ce régulateur par un modèle plus costaud, il est possible de porter le courant de sortie à un maximum de 5A.

Schéma

Le schéma suivant représente l'alimentation dans sa presque totalité, seul le transformateur n'est pas montré (on le verra plus loin). 



Le coeur du montage est un régulateur de tension intégré de type
LM350, qui est une version gonflée du LM317, régulateur de tension intégré un peu plus commun car utilisé plus souvent dans les alimentations régulées. Le LM350 autorise un courant de sortie maximal de 3A alors que le LM338 autorise un courant de sortie maximal de 5A. La différence de prix entre les deux est tellement minime (inexistante chez certains revendeurs) que je vous conseille d'utiliser le LM338.

Abaissement de la tension secteur, redressement et filtrage

Nous somme ici en présence d'une alimentation secteur de type linéaire et non à découpage, l'abaissement de la tension secteur se fait grâce à un transformateur de type 230V / 24V. 

Alim ajust 001a

Vous pouvez opter pour un modèle à deux enroulements secondaires, à un seul enroulement secondaire avec prise intermédiaire (cas du schéma présenté), ou à un seul enroulement secondaire sans prise intermédiaire. Selon le modèle de transformateur choisi, vous devrez adopter le câblage qui va bien, selon les indications données à la page Alimentations secteur.

Le redressement des deux alternances de la tension alternative issue du ou des secondaires du transformateur est assuré par deux ou quatre diodes de redressement. Sur le schéma proposé, il est fait usage de deux diodes puisque le transfo utilisé ici est de type secondaire simple avec prise intermédiaire. Les deux diodes sont contenues dans un même boitier de type TO220 que l'on peut monter sur un radiateur.

Le filtrage est confié à un gros condensateur chimique de 68 mF (68 mF = 68 milli-Farads, soit 68000 uF) / 63V. Pour des questions d'encombrement et pour une résistance interne dynamique plus faible, vous pouvez aussi utiliser trois ou quatre condensateurs de 2200 uF / 63V chacun, montés en parallèle.

Courant maximal et Puissance dissipée maximale

Il faut être prudent quand on parle de courant maximal, surtout pour une alimentation réglable. C'est la première des deux valeurs (puissance dissipée ou courant) qui atteint son maximum qu'il faut prendre en compte. La puissance dissipée en chaleur par le régulateur intégré, correspond au produit de la différence de tension qui règne entre son entrée et sa sortie, par le courant qui le traverse. La tension présente à l'entrée du régulateur est ici fixe et voisine de 32V. Si la tension de sortie est réglée à 18V, la différence de tension entre entrée et sortie du régulateur est alors de 14V (32V - 18V). Si le courant demandé en sortie est de 100mA, la dissipation de puissance du régulateur est de 1,4W (14V x 0,1A). Cette dissipation de puissance est tout à fait gérable avec un radiateur de dimensions modestes. Si maintenant la tension de sortie est réglée à 2V, la différence de tension entre entrée et sortie du régulateur est alors de 30V (32V - 2V). Si le courant demandé en sortie est de 3A, la dissipation de puissance du régulateur est théoriquement de 90W (30V x 3A). Cette valeur de dissipation est énorme, et il faudrait un sacré radiateur pour en venir à bout si on ne veut pas que le régulateur se bloque par protection contre surchauffe au bout de quelques secondes. En réalité, le régulateur LM350 est doté d'une protection thermique, qui empêche l'utilisation du régulateur sous son courant max de 3A avec une telle différence de tension entre entrée et sortie. Sa puissance dissipée maximale est de 25W. Il s'agit donc là d'une limitation : cette alimentation ne peut pas fournir 3A avec une tension de sortie de 2V, mais elle peut fournir 3A avec une tension de sortie de 24V. Voici un petit tableau qui récapitule la situation pour les LM350 et LM338.

Tension de sortie

Courant max avec LM350
(Puissance dissipée < 25W)

Courant max avec LM338
(Puissance dissipée < 25W)

2V

1A

1A

5V

1,5A

1,8A

9V

2A

3A

12V

2,8A

3,5A

15V

3A

4,5A

18V

3A

5A

24V

3A

5A

28V

3A

5A

Comment augmenter le courant disponible en sortie pour les tensions les plus faibles ?

En diminuant la tension à l'entrée du régulateur, pour diminuer la différence de tension entre son entrée et sa sortie, tout simplement ! Oui, mais comment faire ? Une solution consiste à utiliser un transformateur non pas de 2 x 24V, mais de 2 x 12V, et ne mettre en service que la moitié du secondaire pour les tensions faibles, ou la totalité du secondaire en service pour les tensions plus élevées. Voici un schéma montrant cette façon de faire :

Alim ajust 001b

L'interrupteur SW1, qui permet de mettre hors ou en service le deuxième enroulement du transformateur, doit être un modèle capable de supporter 10A en continu. En position basse, on dispose d'une tension alternative de 12V efficace, alors qu'en position haute on dispose d'une tension alternative de 24V efficace. De préférence, ne pas manipuler cet interrupteur en charge, c'est à dire quand un montage est relié à la sortie de l'alimentation. Si vous décidez de suivre cette philosophie de montage avec interrupteur, prenez l'habitude de le placer en position basse avant de mettre l'alimentation en route. Cela permet de limiter l'appel de courant dans les diodes de redressement et dans le condensateur de filtrage principal, ce qui ne peut que leur faire du bien. Notez que les deux diodes d'origine ont été remplacées par un pont de quatre diodes, puisque l'on a affaire maintenant à un transformateur avec secondaire unique (tout du moins vu des diodes), et que le câblage des connecteurs assurant la liaison entre secondaire transfo et diodes n'est plus le même.

Voyant de contrôle

Il n'est pas facile de mettre une simple LED avec sa résistance série de limitation de courant pour visualiser la présence d'une tension en sortie. La valeur de la résistance de limitation de courant doit en effet être calculée en fonction de la tension d'alimentation qui dans le cas présent, est variable. Mettre une LED avant le régulateur de tension ? Oui, pourquoi pas. Mais dans ce cas, on ne visualisera pas un problème éventuel en sortie en cas de surchauffe ou de court-circuit. La solution ? Un générateur de courant constant réalisé avec un transistor à effet de champs (FET) dont les broches Gate et Source sont reliées ensemble. La LED s'allume moins en dessous de 5V, mais on fera avec. Cette solution est discutée sur la page Alimentation d'une LED.

Brochage des composants de puissance

Les régulateurs LM350 et LM338 ont un brochage identique, le remplacement de l'un par l'autre ne pose donc aucun problème. 

LM338

Pour les diodes de puissance 30CTH02 : la borne centrale CC (broche 2 du boitier TO220) représente le point commun des deux diodes (cathodes communes). A1 correspond à l'anode de la première diode, et A2 correspond à l'anode de la seconde diode.

30CTH02

Précautions à prendre

Le courant que peut débiter cette alimentation n'est pas négligeable, surtout si vous optez pour la version 5A. Il est donc primordial que toutes les liaisons électriques soient d'excellente qualité et de forte section. Gros câble de rigueur donc, et soudure en quantité sur le circuit imprimé si vous décidez d'en faire un. Une mauvaise soudure causera des problèmes très rapidement, alors soyez très soigneux. 

 

 

 

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