Alimentation simple 7

Caractéristiques principales

Tension : +13,8 V
Courant : 10 A (15 A)
Régulée : Oui

Présentation

Cette alimentation utilise deux régulateurs de tension intégrés de type LM338, capable chacun de débiter un courant de 5 A sous une tension stabilisée comprise entre 2 V et 20 V. En ajoutant un troisième régulateur, le courant de sortie disponible passe à 15 A. Heureux celui qui découvre ce schéma avant celui de l'alim simple 4. Encore plus heureux celui qui ira directement à la fin de la page (déconseillé aux cardiaques).

Avertissements

- Cette alimentation est prévue pour débiter un courant de sortie important, ne la confectionnez pas pour alimenter des petits montages sur un coin d'établi. La tension de sortie de 13,8 V est adaptée à l'alimentation d'appareils prévus pour le mobile ou le fixe, genre autoradio avec ampli BF de voiture, ou poste émetteur / récepteur CB avec son "tonton" (ampli RF).

- Il faut apporter un soin tout particulier au câblage, surtout là où circulent les courants forts. La qualité de la régulation et la stabilité du montage en dépendent. Utiliser du fil de grosse section et soigner les soudures, qui doivent être parfaites.

- Une intensité de 10 A ou 15 A, ça commence à faire. En cas de pépin, ça peut faire de grosses étincelles et de gros dégâts. Prenez donc le maximum de précautions, et n'oubliez pas d'insérer un fusible calibré selon votre besoin, en entrée du montage. Ce n'est pas parce que les régulateurs de tension utilisés ici sont protégés contre les surintensités, que tous les autres éléments du montage (transfo, diodes de redressement et vous-même) le sont !

- Le choix du transformateur d'alimentation peut parfois poser problème, merci de bien lire le paragraphe traitant de ce point.

Schéma

Si la mise en parallèle de quelques transistors de puissance ne pose généralement pas de problème pour gonfler la capacité en courant de la sortie d'une alimentation stabilisée, il n'en n'est pas de même avec les régulateurs de tension intégrés. En mettant en parallèle plusieurs de ces composants, on ne peut pas se contenter d'insérer en série des résistances de faibles valeurs sur chaque sortie des régulateurs, pour équilibrer les courants. Mais il n'est finalement pas si compliqué que ça de trouver une solution, surtout quand elle est déjà proposée par un constructeur...

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Fonctionnement général

Ce schéma utilise un AOP pour assurer l'équilibrage des courants dans chaque branche de régulation. On peut en comprendre le fonctionnement à partir du moment où l'on sait les deux choses suivantes :

- une résistance, quand elle est parcourue par un courant, provoque une chute de tension à ses bornes, qui est d'autant plus élevée que le courant qui la traverse est important.

- un AOP possède une entrée inverseuse et une entrée non-inverseuse; ces deux entrées sont théoriquement au même potentiel de tension.

La valeur de la tension de sortie est définie par la valeur données aux résistances R1 et R2, câblées sur le régulateur U1. C'est donc lui qui mène la dance. Le second régulateur U2 est un esclave du premier, sa broche de programmation de la tension de sortie n'est pas câblée en parallèle de celle de U1, mais est asservie au courant qui circule dans les résistances de faibles valeurs R4 et R5, via l'AOP U3. Cet AOP fournie en sortie une tension qui correspond au différentiel entre ses deux entrées inverseuse et non-inverseuse, multiplié par son gain. Ce dernier est très élevé car il n'y a aucune contre-réaction (aucun retour d'une portion de la tension de sortie vers les entrées). Une toute petite différence de tension entre les deux entrées se traduit donc par un grand écart de tension en sortie. Comme les deux tensions "comparées" sont celles en sortie des deux résistances R4 et R5, qui dépendent du courant traversant les deux branches de régulation, l'AOP fait "monter" ou "descendre" la tension de sortie du second régulateur (dans une faible proportion) afin qu'il débite un courant sensiblement identique à celui que débite le premier régulateur. On a donc droit à une autorégulation du courant circulant dans le second régulateur, en fonction du courant circulant dans le premier.

Choix du transformateur d'alimentation

Le schéma ne le montre pas, mais les connexions AC1 et AC2 doivent être raccordées sur le secondaire d'un transformateur d'alimentation 230 V / 15 V / 10 A (ou plus). La tension de sortie de ce transformateur est importante car elle conditionne directement la qualité de la régulation et la dissipation thermique (l'échauffement) des régulateurs de tension. Il faut en effet que la tension à l'entrée du régulateur réponde aux deux besoins suivants :

- être assez élevée pour que les régulateurs travaillent dans de bonnes conditions (respect du différentiel de tension minimal entre entrée et sortie).

- ne pas être trop élevée pour que la chute de tension sur les régulateurs ne provoquent pas un échauffement excessif, nécessitant la pose d'un dissipateur de dimension monstrueuse.

Dans le cas qui nous concerne, et pour une tension de sortie de 13,8 V, il faut en entrée des régulateurs une tension d'au moins 16,8 V (tension de sortie désirée à laquelle on doit additionner les 3 V de chute de tension minimale des régulateurs). Selon les diodes de redressement utilisées et selon la tension du réseau EDF desservant votre habitation (ou labo), cette tension d'entrée risque de varier un peu. Admettons que l'on utilise un transformateur de tension secondaire 12 Veff, et que la tension effectivement délivrée par ce transfo soit de 12 Veff. La tension crête est donc de 16,9 V. Après redressement et filtrage, on peut espérer n'avoir perdu que 2 V, si les diodes sont de bonne qualité. Ce qui donne moins de 15 V. Tension insuffisante pour une tension de sortie de 13,8 V. Il faut donc un transfo dont la tension secondaire est supérieure à 12 V, et là pas beaucoup de choix dans les catalogues des revendeurs, il faut un modèle 15 V. 15 Veff nous donnent 21,1 V crête, donc environ 19 V après les diodes de redressement. Cette fois la tension d'entrée des régulateurs est suffisante. Mais 19 V moins 13,8 V nous donne une chute de tension d'un peu plus de 5 V. Pour un courant de sortie nominal de 10 A, cela conduit tout de même à une dissipation thermique de 50 W ! Reste à espérer que la tension secondaire du transfo ne soit pas trop supérieure à celle annoncée...

En cas de dissipation vraiment excessive, vous pouvez démonter le transfo et enlever quelques spires de l'enroulement secondaire (c'est bien plus simple que d'en ajouter, croyez-moi). Il n'y a pas mille solutions de toute façon, c'est un peu le prix à payer pour une alimentation de forte puissance à régulation linéaire. Le problème de dissipation thermique posé par une alim à découpage de mêmes caractéristiques de sortie se ferait moins sentir, dans tous les sens du terme.

Diodes de redressement

Il existe différentes diodes capables de remplir le rôle demandé ici : choisissez-en dont le courant direct est d'au moins 20 A, même si un modèle 10 A est capable de supporter des pointes de 100 A. Les pointes de courants produites à chaque démarrage, liées au fait que le condensateur principal de filtrage C1 est déchargé, peuvent vite fatiguer les diodes. Certains fabricant insère une résistance en série avec chaque diode (0.1 ohm à 0.47 ohm par exemple), je ne l'ai personnellement jamais fait. Renseignez-vous bien sur la chute de tension introduite par les diodes quand elles sont parcourue par un fort courant, on a parfois des surprises. N'hésitez surtout pas à regarder du côté des diodes de redressement de type Schottky, qui présentent en général une chute de tension moindre. Par exemple diodes MBR1045 (10 A / 45 V) ou BSY24-45 (également 10 A / 45 V) qui toutes deux supportent des pointes de courant de plus de 100 A et dont la chute de tension effective reste modeste.

Très important

Pour que ce montage fonctionne correctement, il faut respecter les deux impératifs suivants :

- L'AOP doit être un vrai modèle "rail-to-rail".
- La sortie doit débiter au minimum 50 mA (une simple LED en sortie ne suffit pas).

Passage à 15 A

Le schéma qui suit, également tiré d'un schéma constructeur (Linear Databook de National Semiconductor), montre qu'il est possible d'ajouter un régulateur en parallèle des deux précédents pour augmenter le courant de sortie disponible.

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La valeur de la résistance R4, qui était tout à l'heure de 0,1 ohm, a été divisée par deux, vu que le courant qui la traverse est désormais double. Le partage du courant entre les deux régulateurs U2 et U4 se fait grâce aux deux résistances R7 et R8 ajoutées sur leur sortie respective. Dans ce schéma, nous avons donc toujours le régulateur U1 qui fonctionne en "maître", et les deux autres qui y sont attachés et le "suivent". Le partage de courant entre U2 et U4 n'est pas aussi parfait que celui entre U1 et U2 du premier schéma, mais on peut considérer cela comme globalement satisfaisant.

Résistances de 0.1 ohm et 0.05 ohms

Deux solutions possibles : soit vous prenez des résistances de 0,1 ohms et vous en mettez deux en parallèle pour obtenir la 0,05 ohms, soit vous utilisez une partie de circuit imprimé de longueur adéquate pour obtenir cette valeur ohmique. Pensez aussi à la dissipation thermique produite par ces résistances. Une intensité de 5 A dans 0,1 ohm correspond à 2,5 W. Et une intensité de 10 A dans 0.05 ohm produit 5 W. Et oui, on ne peut pas se contenter de petites résistances 1/2 W.

Choix du transformateur d'alimentation

Les connexions AC1 et AC2 doivent être raccordées sur le secondaire d'un transformateur d'alimentation 230 V / 15 V / 15 A (ou plus). Les remarques formulées précédemment pour la version 10 A s'appliquent bien sûr ici aussi.

Très important

Pour que ce montage fonctionne correctement, il faut respecter les deux impératifs suivants :

- L'AOP doit être un vrai modèle "rail-to-rail" (à noter que le fabricant préconisait à l'époque l'emploi d'un LM307).

- La sortie doit débiter au minimum 100 mA.

Utilisation d'un LM396 (10 A)

Le régulateur de tension LM396 est de la même veine que le LM338, et est capable à lui seul de débiter 10 A. La programmation de sa tension de sortie obéit aux mêmes règles que pour ses petits frères LM317, LM350 et LM338.

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Pourquoi donc s'embêter avec plusieurs régulateurs en parallèle et un ampli-op rail-to-rail, je vous le demande ! 

Hum... peut-être un gain au niveau de la répartition des calories dissipées ?

 

 

 

Accuil