Alimentation secourue par batterie 1

Vous disposez d'un montage électronique qui tire sa source d'alimentation du secteur 230 V, et vous aimeriez pouvoir disposer d'un secours batterie qui permette un fonctionnement ininterrompu du système en cas d'absence du secteur. Par exemple pour une alarme antivol. Cet article décrit une méthode pour y arriver, qui fait appel à des diodes.

Principe

Le principe de la commutation par diodes repose sur le fait qu'une diode ne conduit que lorsque son anode est portée à un potentiel plus positif que sa cathode, avec une différence de potentiel entre anode et cathode au moins égale à sa tension de seuil. Si l'on place une diode en série avec la source de tension continue nominale, une autre diode en série avec la source de tension continue de secours, et que l'on relie les deux diodes en un point unique (côté cathode si l'on travaille avec des tensions continues positives), une diode conduira alors que l'autre sera bloquée, si la tension d'une des deux sources est plus élevée que l'autre, avec une différence de potentiel entre les deux tension au moins égale à la tension de seuil des diodes. Mais un dessin valant mieux qu'un grand discours, voyons tout de suite un exemple pratique.

Schémas

Les deux schémas suivants mettent en oeuvre un exemple concret et simple, où une ampoule est allumée en continue grâce à une alimentation secteur. Quand le secteur disparait, une pile prend le relais, et la lampe continue de briller. Pour simplifier le schéma, l'alimentation secteur est représentée par la source de tension U1, la pile étant représentée par la source de tension U2. L'interrupteur SW1 permet de simuler la coupure secteur, en déconnectant la source de tension U1 quand il est ouvert.

electronique_alim_secours_bat_001a

La tension continue de 10 V issue de l'alimentation secteur (U1) est présente, et supérieure de 1 V à la tension continue de la pile 9 V (U2). La diode D1 conduit, le courant qui la traverse est de 0,4 A environ. La diode D2 est bloquée, aucun courant n'y circule et la pile ne s'use pas.
 

electronique_alim_secours_bat_001b

La tension continue issue de l'alimentation secteur (U1) est coupée, la diode D1 est désormais bloquée. La pile 9 V (U2) prend la relève, et le courant circulant dans la diode D2, devenue passante, est maintenant de 0,4 A environ. La commutation a été très rapide et on ne voit pas la lampe s'éteindre (même si la lampe est une led).
 

Il est important que la tension nominale (U1), qui est normalement présente quand tout va bien, soit supérieure à la tension de secours (U2), sinon ce type de montage ne fonctionne pas. Les schémas ci-dessous montrent ce qui se passe quand la différence de tension entre les deux sources de tension est trop faible.

electronique_alim_secours_bat_001c

La différence de tension entre U1 et U2 est de 0,4 V. La diode D2 conduit, certes moins que D1, mais le courant qui la traverse est tout de même de 20 mA, ce qui n'est pas négligeable.
 

electronique_alim_secours_bat_001d

La différence de tension entre U1 et U2 est de 0,2 V. La diode D2 conduit, toujours moins que D1, mais le courant qui la traverse est le quart de ce qui arrive à la lampe. Tout à fait inacceptable.
 

electronique_alim_secours_bat_001e

Aucune différence de tension entre U1 et U2, les deux diodes D1 et D2 conduisent autant l'une que l'autre, la lampe tire la moitié de son énergie dans l'alimentation secteur et l'autre moitié dans la pile. A votre avis, c'est OK ?
 

Comme vous pouvez le voir, il est primordial que la tension nominale soit plus élevée que la tension de secours. Donner un chiffre précis concernant la différence de tension à respecter entre les deux sources n'est pas possible, car en pratique, il dépend de la chute de tension provoquée par les diodes, qui elle-même dépend du type des diodes et du courant qui les traverse. Disons que pour une application standard, avec des courants qui ne dépassent pas 1A, on peut estimer qu'une différence de 1 V convient pour une grande majorité de diodes. Notez cependant que certaines diodes présentent, pour un courant direct donné, une chute de tension plus élevée que d'autres diodes. Par exemple, la diode 1N4007 présente une chute de tension de 1,1 V pour un courant de 1 A, alors que la diode Schottky 1N5818 présente une chute de tension de seulement 0,55 V pour un même courant de 1 A. Avec la 1N5818, il est donc possible de réduire la différence de tension entre les deux sources à 0,6 V.

Utilisation d'un accumulateur au lieu d'une pile

On peut préférer un accumulateur à une pile pour la source de tension de secours, surtout si le fonctionnement sur pile est (ou risque d'être) fréquent. Un accumulateur nécessite d'être chargé pour être opérationnel quand on en a besoin, il y a donc lieu d'opérer une modification du schéma précédent pour assurer la charge de l'accu quand le secteur est présent. Dans le cas d'un accu de type Cd-Ni (Cadium-Nickel), la charge normale doit s'effectuer à 1/10ème de la capacité nominale de l'accu. Par exemple, si l'accu présente une capacité de 1800 mA/h, la charge doit s'effectuer sous 180 mA. Mais en charge continue, comme c'est le cas dans notre application, la charge de l'accu doit s'effectuer à 1/50ème ou 1/100ème de la capacité nominale (on appelle ça une charge d'entretien). Avec un accu de capacité 1800 mA/h, la charge doit donc s'effectuer avec un courant compris entre 18 mA et 36 mA. La solution la plus simple consiste à ajouter une résistance entre l'accu et la source nominale, comme le montre le schéma suivant.

electronique_alim_secours_bat_001f

La valeur de la résistance doit être calculée en fonction de la source de tension nominale U1, de la tension de l'accu et de sa capacité. L'emploi d'une résistance pour assurer la charge de l'accu est simple mais pas idéale, et les puristes préféreront sans doute mettre en oeuvre un système de charge à courant constant. En fait, le système de charge préféré dépendra de l'utilisation du système et du degré de criticité de la disparation du secteur.

Limitation du système

Ce système est très simple à mettre en oeuvre, mais la chute de tension provoquée par les diodes peut être gênante quand la tension de secours est proche de la tension minimale nécessaire au bon fonctionnement du système alimenté. Si le montage alimenté requiert une tension de 5 V et qu'il comporte un régulateur intégré de type 7805 qui reçoit en temps normal une tension de 9 V ou de 10 V, l'utilisation d'une pile de 9 V auquel sera soustraite une tension de 0,6 V (chute de tension classique d'une diode ordinaire) n'offrira au régulateur qu'une tension de 8,4 V. Quand on sait qu'un régulateur intégré classique nécessite une tension d'entrée d'au moins 3 V supérieure à la tension de sortie régulée (8 V pour un 7805), cela ne laisse plus beaucoup de marge. Mais ceci n'est qu'un exemple parmi d'autres, et la chute de tension dans les diodes ne sera pas toujours un problème. A vous de réfléchir un peu au problème, et de tester le cas échéant. On pense parfois que ça ne peut pas marcher, et on a parfois des surprises (bon, il est vrai que ce n'est pas toujours dans ce sens).

Suppression de la diode D1 ?

On peut voir dans certains montages, un raccord direct de la diode D2 en sortie d'un pont de diodes. Si l'alimentation continue fournie par le bloc secteur ne contient pas de régulation (juste pont de diodes et condensateur de filtrage), la diode D1 du schéma proposé peut paraitre superflue, puisque les deux diodes du pont qui apportent l'alternance positive assurent déjà la fonction "anti-retour" de la tension de la batterie. On peut effectivement omettre la diode D1, mais si et seulement si il n'y a vraiment rien entre le pont de diodes et la tension à secourir.

 

 

 

Accuil