Alimentation ajustable 16

Caractéristiques principales

Tensions : +1.3 V à +50 V
Courant : 1 A ou 3 A
Régulée : Oui

Ma première alimentation à découpage ! Cela faisait tellement longtemps que je me disais qu'il fallait que je m'y mette. Avec toujours cette peur au bide que tout m'explose à la figure... 

"Allons, me disait une voix rassurante. Les alimentations à découpage sont désormais faciles à réaliser, les fabricants proposent des circuits fiables et simples avec lesquels on ne risque vraiment pas grand chose."

Mouais...
J'avoue que l'idée de m'y mettre était là mais je n'étais pas rassuré à 100%. Pourtant je l'ai fait parce qu'il le fallait. Imaginez un instant la tête de mes petits enfants m'entendant dire que je n'ai jamais fabriqué d'alimentation à découpage ! Le genre de tête que celle que m'a faite un jour un audiophile à qui j'avouais que je n'avais jamais fait d'ampli à lampes...

Schéma

Le schéma sur lequel je me suis appuyé est proposé par le fabricant National dans une de ses notes d'application et fait appel à un régulateur de tension de type LM2575HV-ADJ. Il était hors de question que j'improvise avec le peu de connaissance sur le sujet, et j'ai scrupuleusement suivi les indications fournies.

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Redressement et filtrage principal

L'obtention de la tension continue non régulée se fait via un classique pont de diodes (D1 à D4) suivies du condensateur C1 qui doit se trouver au plus proche de U1. Jusque là ça va, je suis en terrain connu.

Régulation

C'est là qu'entre en jeu le LM2575HV-ADJ (HV pour High Voltage, version haute tension, et ADJ pour ajustable, version à tension de sortie ajustable). Bien à l'aise dans son discret boîtier TO220 à 5 broches style TDA2003 ou L200, comme on peut le voir sur la photo suivante, à gauche de la self de 150 uH qui nous servira aussi pour ce projet. 

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Finalement, ceux qui me poussaient à m'y mettre avaient raison. Moins il y a de pattes et plus c'est rassurant. Un patte pour l'entrée (IN, tension non régulée), une patte pour la sortie (OUT, tension régulée), une patte pour spécifier la tension de sortie (FB, Feedback), une patte pour la référence générale (GND, masse commune à l'entrée et la sortie) et une patte de télécommande marche / arrêt (SD) qu'on n'utilise pas ici et qui est directement reliée à la masse. Le principe de fonctionnement est étrangement similaire à celui des régulateurs linéaires du genre LM317, qui possèdent aussi une broche de "programmation" de la tension de sortie que l'on raccorde au point commun d'un pont diviseur câblé entre tension de sortie et masse. Et le plus extraordinaire (lire le plus drôle) est que la formule qui permet de spécifier la valeur de la tension de sortie est du même tonneau que celle utilisée pour les régulateurs linéaires.

Vout = 1,23 * (1 + (RV1 / R1))

Si par exemple on veut une tension de sortie de +9 V et si R1 vaut 1,1 kO (valeur fixée arbitrairement, R1 doit tourner autour de 1 kO), on en déduit la valeur que doit avoir RV1 en retournant la formule précédente :

RV1 = R1 * ((Vout / 1,23) - 1)
RV1 = 1100 * ((9 / 1,23) - 1)
RV1 = 6948 ohms (prendre la valeur normalisée la plus proche ou utiliser un potentiomètre ajustable)

On peut reprendre la formule de base pour connaitre la plage de réglage possible de la tension de sortie, pour les valeurs extrêmes du potentiomètre RV1 (R1 vallant toujours 1,1 kO).

- si RV1 = 0 ohms, alors Vout = 1,23 * (1 + (0 / 1100)) = 1,23 V
- si RV1 = 47 kO, alors Vout = 1,23 * (1 + (47000 / 1100)) = 53,7 V

Choix de la self principale

La self L1 de 150 uH ne peut pas être une self moulée de n'importe quel type, celle qu'on trouve sous forme de résistance ne peuvent convenir. Il faut une self spéciale, telle que celle montrée sur la photo ci-avant. J'ai vu dans un ancien article qu'un auteur utilisait une self d'antiparasitage pour triac (300 uH / 3 A) avec son régulateur à découpage LM2575-12 (régulateur fixe 12 V). Je possede plusieurs selfs de ce genre mais n'étant pas très sûr de leurs caractéristiques, j'ai préféré acheter le modèle préconisé. Encore plutôt frileux le coco...

Filtre de sortie

Un filtre LC peut être ajouté en sortie (L2 + C3) pour diminuer l'ondulation résiduelle due à la fréquence de découpage, voisine de 50 kHz. Grâce à ce filtre additionnel et facultatif, l'ondulation résiduelle passe de 50 mV à 5 mV environ, pour un courant débité de 1 A (valeurs spécifiées par le fabricant du régulateur de tension). Perso je ne l'ai pas mis parce que je n'avais pas de self de 20 uH adéquate pour cet usage.

Remarques importantes

Ce n'est pas parce que le circuit est simple qu'on peut le câbler comme on veut. La technique utilisée fait appel à un découpage que l'on peut qualifier de "haute fréquence" et sous un courant qui peut tout de même être assez élevé. Les points suivants doivent retenir votre attention.

- Le choix de la diode D5 est primordial, pas question de se contenter d'une classique 1N4007. Il faut impérativement utiliser une diode Schottky ou une diode dite à recouvrement rapide (fast recovery diode).

- Le condensateur C1 doit être câblé le plus près possible du circuit intégré U1, directement entre ses pattes 1 et 3. S'il s'en éloigne un peu trop, prévoir des pistes de circuit imprimé larges et renforcées par une bonne couche de soudure. Même chose pour les connexions de D5, L1 et C2, dont les broches communes doivent de préférence aboutir au même emplacement, sur la broche 3 de U1 (point de masse en étoile).

Brochage du LM2575 / LM2576

Vu de devant, la patte d'entrée (sur laquelle on applique la tension non régulée) est la première à gauche.

brochage_lm2575

Même brochage et même utilisation pour le LM2576 qui permet de débiter 3 A contre 1 A pour le LM2575.

Prototype

Réalisé sur plaque d'expérimentation à bandes de cuivre, avec un LM2575 (version 1 A) et un LM2576 (version 3 A).

alim_ajust_016_proto_001b  alim_ajust_016_proto_001d alim_ajust_016_proto_001e 

Les tests se sont déroulés avec une charge résistive pure (une simple résistance en somme) de puissance de valeur 15 ohms. La tension appliquée à l'entrée du régulateur était fixée à 20 V, tension provenant d'une alim de labo dont le courant de sortie était pour l'occasion limité à 1,5 A. La tension de sortie du régulateur à découpage était réglée à +15 V grâce au potentiomètre RV1, pour un courant de sortie de 1 A (et oui, 15 V sur 15 ohms).

 alim_ajust_016_proto_001g alim_ajust_016_proto_001h 

Un petit relevé sur oscilloscope m'a permis de voir que l'ondulation résiduelle "globale" était dans ces conditions de 20 mV, avec des pointes de tension parasites de 200 mV. C'est nettement moins bien qu'avec un régulateur de type LM317, mais question température on pouvait toucher du doigt le régulateur sans se brûler, alors que ce dernier n'était habillé d'aucun dissipateur thermique. Allez donc essayer ça avec le LM317 sous les mêmes conditions d'utilisation et avec ses 5 W à dissiper...

Remarque : il n'est pas impossible que les pointes de tension que j'ai constatées soient liées au choix de la diode que j'ai soudée, une MBR80-150 qui ne correspond pas au modèle suggéré par le fabricant du régulateur de tension et qui est noté sur le schéma. Mais ayant aperçu une diode de ce type sur une alim à découpage centrée sur un régulateur de type L296, je me suis dit que je pouvais tenter le coup (déjà moins frileux sur ce coup là). Autre point pas forcement en faveur d'un circuit de ce genre : le circuit imprimé à bande, qui ne m'a pas permis de réduire au maximum les longueurs des liaisons électriques.

 

 

 

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