Aliment at Ion

ALIMENTATION STABILISEE +/- 12 volts - 500 mALIAISON REFERENTIEL I- PRESENTATION - DEFINITION :( JM. PARISOT) La grande majorit des quipements lectroniques a besoin dune source de courant continu qui peut tre une pile ou une batterie, mais qui gnralement est constitue dun circuit transformant le courant alternatif du secteur (220V, 50Hz) en courant continu : lalimentation stabilise. Le rle dune alimentation continue est de fournir les tensions et courants ncessaires au fonctionnement des circuits lectroniques avec le minimum dondulation rsiduelle et la meilleure rgulation possible. Elles doivent, de plus, souvent limiter le courant fourni en cas de surcharge ainsi que la tension continue quelle dlivre, ceci afin de protger les composants fragiles. Il existe des moyens divers pour produire une tension continue stable partir dune tension alternative ; deux mthodes seulement sont frquemment employes : - la stabilisation linaire, - la stabilisation par dcoupage. Toutes deux ont leurs avantages et leurs inconvnients. Lalimentation dcoupage sutilise essentiellement dans le domaine des puissances de 100W et plus. Nous ne parlerons ici que de lalimentation stabilise linaire devenue classique. Lalimentation stabilise, constitution et fonctionnement Le bloc diagramme dune alimentation apparat ci-dessous :

II- LE TRANSFORMATEUR :

G. DEL FRANCO Alimentation

[email protected]

1

Lyce G.MONOD http://perso.wanadoo.fr/giovanni.delfranco/

ALIMENTATION STABILISEE +/- 12 volts - 500 mAPlus de 90% des alimentations en lectronique utilisent des transformateurs. La formule de Boucherot, en physique, nous donne la valeur de la tension d'un enroulement U = 4,44 . B . N . S . f U tension efficace avec : f : frquence du rseau. S : section du circuit magntique du transformateur. N : nombre de spires de l'enroulement considr. B : valeur maxi de l'induction, mais comme f, S et B sont constantes pour un mme transformateur, on aura alors : Ul = K . N1 et U2=K . N2 avec K = 4,44 . B . S . f On en dduit que le nombre de spires sera proportionnel la tension. C'est pourquoi dans un transformateur abaisseur, le primaire comporte plus de spires que le secondaire. Remarque : Masse du transformateur S est la section du circuit magntique du transformateur. On imagine que plus la section est grande plus le poids est important. Donc tensions gales si nous souhaitons allger le transformateur, il faut diminuer la section en compenser par une augmentation de la frquence, pour une mme induction donc des tles identiques. Cest pourquoi le transport arien utilise une frquence de 400hertzs et des transformateurs plus lgers de 8 fois. La frquence de fonctionnement doit tre limite car plus elle est importante plus les pertes sont importantes (fer et Foucault). On peut repousser les limites de la frquence mais cela suppose que le circuit magntique soit constitu de ferrite. II-1- Puissance Apparente : Le transformateur est dfini par da puissance apparente S nous avons : S = U1 I1 = U2 I2 en VA Cette puissance sexprime en Volt Ampre. Le choix se fait donc sur cette donne en fonction de la tension primaire et secondaire souhaite. II-2- Technologie : Le transformateur est un convertisseur statique alternatif/alternatif, cest la variation de tension primaire qui permet une variation de flux. Cette variation permet son tour dinduire la bobine secondaire et permettre donc la naissance dune tension secondaire alternative de mme pulsation que la tension primaire. Limitation des pertes : Les pertes dans le transformateur sont de deux types, les pertes joules qui sont lies aux bobines (cuivre) et les pertes fer. Les pertes fer ont deux causes, les courants de Foucault et lhystrsis. Pertes par courant de Foucault : Les matriaux ferromagntiques ont souvent des proprits conductrices pour le courant lectrique : en prsence dun flux variable, la fem induite cre les courants de Foucault qui circulent dans le matriau.G. DEL FRANCO Alimentation

[email protected]

2


ALIMENTATION STABILISEE +/- 12 volts - 500 mALeffet Joule dissipe lnergie sous forme de chaleur, ce sont les pertes par courants de Foucault. Ces pertes sont proportionnelles au carr de la frquence et au carr de linduction. Donc plus la frquence est leve, plus ces pertes sont importantes, il en va de mme pour linduction. Comment rduire ces pertes : - En dopant le matriau magntique de silice (grain) - En augmentant la rsistance au passage des courants de Foucault en feuillant le noyaux (empilage de tle isole les une des autres par oxydation)

Pertes par hystrsis : Ces pertes sont dues la diffrence dnergie stocke pendant la croissance et celle restitue lors de la dcroissance de H. Elles sont donc proportionnelles la frquence. On lexprime sous la forme suivante :

Valeur donne par le constructeur de tle Autre technologie de transformateur Nous avons vu des transformateurs de construction conventionnelle (cuirass), le bobinage des enroulements se fait sur un support qui est gliss sur le noyau du circuit magntique en E ferm par des tles en I. Cette technologie nous impose donc un entrefer qui gnre des pertes (fuites magntiques). Nous utilisons alors des circuits magntiques toriques. Par construction, le transformateur torique est proche de la dfinition thorique idale. De ce fait, les performances sont excellentes : dimensions et poids rduits (prs de la moiti d'un transformateur conventionnel), bruit et champ de fuites magntiques trs faibles. Ces excellentes caractristiques font de ce type de transformateur le composant idal pour les alimentations et quipements compacts. Les techniques de production permettent aujourd'hui de raliser ces transformateurs toriques des prix quivalents, voire meilleurs, que les transformateurs conventionnels.


[email protected]

3


ALIMENTATION STABILISEE +/- 12 volts - 500 mALe noyau est un ruban spiral de tle au silicium grains orients. Il n'y a pas d'entrefer, pas de tles libres pour produire du ronflement.

- Les pertes fer sont trs faibles (valeur typique 1,1 W/kg) : le courant magntisant et donc l'chauffement sont rduits. - La densit de flux est plus leve parce que le flux magntique est orient dans la direction de la tle spirale grains orients, d'o une considrable rduction du poids et du volume du noyau. - Tous les enroulements sont rpartis de faon symtrique sur la totalit du noyau, les longueurs de fil en sont plus courtes. - Une meilleure densit de courant dans les enroulements est permise, car ils utilisent la totalit du noyau comme surface d'change thermique. - L'conomie de matriaux participe la comptitivit du produit. Test - Chaque transformateur subit un test d'isolement primaire/secondaire 4 000 V AC. Cet isolement est ralis par une triple couche d'un ruban polyester et les chemins de fuite aux points de sorties sont conformes la CEI 65. - L'isolement des secondaires est suprieur 500 V AC. - Toutes les tensions sont dfinies pleine charge. Le taux de rgulation permet de calculer les tensions vide. La tolrance de bobinage est de 5 % conformment aux normes BS 3535 et CEE 15. - L'accroissement de temprature pleine charge en rgime permanent peut atteindre 65 audessus de l'ambiante, la temprature du transformateur ne devant pas dpasser 105 (maximum admissible par les isolants PVC).


[email protected]

4


ALIMENTATION STABILISEE +/- 12 volts - 500 mAIII- LE REDRESSEMENT : III-1- Rappels de coursDouble alternance pont de Gratz Double alternance avec transfo. point milieu Double enroulement et pont (Alim symtrique)

Simple alternance

III-2- Les diodes : La diode est le semi-conducteur de base : on ne peut pas combiner du silicium dop plus simplement. Son fonctionnement macroscopique est assimilable celui d'un interrupteur command qui ne laisse passer le courant que dans un seul sens. Cette proprit lui ouvre un champ d'applications assez vaste en lectronique. C'est la diode qui va permettre de redresser le courant alternatif issu du secteur et autoriser la fabrication d'alimentations stabilises qui sont obligatoires dans la plupart des montages lectroniques. On conoit donc que si ce composant est basique, ainsi que son fonctionnement, il n'en n'est pas moins fondamental ! La fonction diode a exist bien avant l'arrive du silicium : on utilisait alors des diodes vide (les lampes) dont le fonctionnement tait bas sur l'effet thermolectronique. Le silicium a apport les avantages suivants : cot, fiabilit, encombrement, simplicit d'utilisation


[email protected]

5


ALIMENTATION STABILISEE +/- 12 volts - 500 mAIII-2-1-Principe de fonctionnement : Si on dope une partie d'un semi conducteur intrinsque avec des atomes 5 lectrons priphriques (le semi conducteur devient extrinsque de type N) et l'autre avec des atomes 3 lectrons priphriques (extrinsque de type P), on cre une jonction, qui est la limite de sparation entre les deux parties.

Au voisinage de la jonction, les trous de la zone P vont neutraliser les lectrons libres de la zone N (il y a diffusion des charges). Ce phnomne va s'arrter quand le champ lectrique Eint cr par les atomes donneurs ou accepteurs (qui vont devenir respectivement des charges + et -) va tre suffisant pour contrarier le mouvement des charges mobiles. Ceci constitue une barrire de potentiel pour les porteurs majoritaires. Par contre, cette barrire de potentiel va favoriser le passage des porteurs minoritaires (conduction lectrique). Les deux courants antagonistes (diffusion des majoritaires et conduction des minoritaires) s'quilibrent et leur somme est nulle en rgime permanent et en l'absence de champ lectrique extrieur. Avec un gnrateur en sens direct : La barrire de potentiel interne empche donc toute circulation de courant. Si on applique un champ externe l'aide d'un gnrateur en branchant le ple + sur la zone P et le ple - sur la zone N, on peut annuler les effets du champ interne et permettre au courant de circuler : le phnomne d'attraction des lectrons libres de la partie N par les trous de la partie P (diffusion) n'est plus contrari, et le gnrateur va pouvoir injecter des lectrons dans la zone N et les repomper par la zone P. Le courant de conduction constitu par les porteurs minoritaires prend une valeur If indpendante du champ extrieur. Le courant total est la somme des deux courants, soit pratiquement le courant direct d aux porteurs majoritaires ds que la tension atteint la centaine de mV. La diode est alors polarise dans le sens direct, et un courant relativement intense peut circuler : de quelques dizaines de milliampres pour des diodes de signal quelques ampres pour des diodes de redressement standard, voire des centaines d'ampres pour des diodes industrielles de trs forte puissance. Avec un gnrateur en sens inverse : Si on branche le gnrateur dans le sens inverse du cas prcdent, on renforce le champ lectrique interne, et on empche le passage des porteurs majoritaires : les lectrons libres sontG. DEL FRANCO Alimentation

[email protected]

6


ALIMENTATION STABILISEE +/- 12 volts - 500 mArepousss dans la zone N et les trous dans la zone P ; on accentue la sparation des charges (zone de dpltion). Par contre, les porteurs minoritaires (trous pour la zone N et lectrons libres pour la zone P) peuvent traverser la jonction et reboucler par le gnrateur : ils forment le courant inverse If qui dpend essentiellement de la temprature. Le champ extrieur repousse les charges qui vont se trouver une distance sensiblement proportionnelle |V|, crant ainsi une capacit proportionnelle cette distance, donc |V|. Cette capacit est inhrente toute jonction de semi conducteurs, et va constituer la principale limitation (en rgime linaire tout du moins) au fonctionnement haute frquence des composants lectroniques (diodes, transistors et circuits intgrs les employant). II-2-2- Caractristiques lectriques : 1- Caractristique courant/tension. On a vu prcdemment que le courant tait ngligeable pour une tension Vd = Vp-Vn ngative (ceci est vrai jusqu' une tension Vc dite tension de claquage). Au dessus d'un certain seuil Vo de tension Vd positive, le courant direct croit trs rapidement avec Vd. Le seuil Vo (barrire de potentiel) dpend du semi conducteur intrinsque de base utilis. Il est d'environ 0,2V pour le germanium et 0,6V pour le silicium. La caractristique a la forme suivante :

Caractristique directe (Vd > 0)


[email protected]

7


ALIMENTATION STABILISEE +/- 12 volts - 500 mASur ce type de diode au silicium, le courant croit assez rapidement au del de 0,7V. C'est une diode de redressement supportant 1A en direct et 600V en tension inverse. Autour de zro. La caractristique passe par l'origine. Pour Vd ngatif, le courant tend rapidement vers la limite -If (courant de fuite) , car le courant de diffusion d aux porteurs majoritaires va s'annuler. Caractristique inverse (Vd < 0). Phnomne de claquage. Quand la tension applique dpasse la valeur spcifie par le fabricant, le courant dcrot (attention : il est dj ngatif !) trs rapidement. S'il n'est pas limit par des lments externes, il y a destruction rapide de la diode. Deux phnomnes sont l'origine de ce rsultat : - phnomne d'avalanche : quand le champ lectrique au niveau de la jonction devient trop intense, les lectrons acclrs peuvent ioniser les atomes par chocs, ce qui libre d'autres lectrons qui sont leur tour acclrs Il y a divergence du phnomne, et le courant devient important. - phnomne Zener : les lectrons sont arrachs aux atomes directement par le champ lectrique dans la zone de transition et crent un courant qui devient vite intense quand la tension Vd atteint une valeur Vz dite tension Zner. Si on construit la diode pour que le phnomne Zner l'emporte sur le phnomne d'avalanche (en s'arrangeant pour que la zone de transition soit troite), on obtient une diode Zner. On utilise alors cette diode en polarisation inverse. L'effet zner n'est pas destructif dans ce cas. Ces diodes sont trs utilises pour la rgulation de tension. quation : la courbe Fig. 2. ( l'exception de la zone de claquage) rpond assez bien la formule suivante, explique par la thermodynamique statistique :

o : If est le courant de fuite q la charge de l'lectron = 1,6E-19C k constante de Boltzman = 1,38E-23 J/K T temprature absolue

Effet de la temprature : Pour Vd positif, la diode a un coefficient de temprature ngatif gal -2mV/K. Cette drive en temprature est suffisamment stable pour qu'on puisse utiliser des diodes comme thermomtres. Pour Vd ngatif, le courant de fuite If varie trs rapidement avec la temprature. Il est plus important pour le germanium que pour le silicium, et crot plus vite, ce qui devient rapidement gnant. Dans le silicium, ce courant double tous les 6C.G. DEL FRANCO Alimentation

[email protected]

8


ALIMENTATION STABILISEE +/- 12 volts - 500 mARsistance diffrentielle (ou dynamique) :

La rsistance dynamique tant l'inverse de la pente de la caractristique en un point donn, on peut la dduire par drivation de la formule [1] : C'est la rsistance dynamique au point de fonctionnement (Vd , Id). Elle est fonction du courant de polarisation Id au point tudi. La figure ci-dessus donne la valeur de rd en fonction de la tension de la diode : les variations sont trs importantes. Schma quivalent : La reprsentation de la diode par sa loi logarithmique est un peu complexe pour l'emploi de tous les jours. Plusieurs schmas quivalents simplifis sont proposs : - Diode idale : Dans ce cas, on nglige la tension de seuil et la rsistance interne de la diode. Ce schma est utile pour des pr calculs, surtout si les diodes sont employes dans des circuits o les tensions sont leves (plusieurs dizaines de volts) : la tension de coude est alors ngligeable.

- Diode avec seuil : On peut continuer ngliger la rsistance interne, mais tenir compte du seuil de la diode. La caractristique devient :


[email protected]

9


ALIMENTATION STABILISEE +/- 12 volts - 500 mA- Diode avec seuil et rsistance : Ici, on prend en compte la rsistance de la diode. Ceci peut tre utile si on utilise la diode en petits signaux alternatifs et qu'on a besoin de sa rsistance dynamique.

Attention : dans ce cas, on considre que la rsistance dynamique est constante, ce qui n'est vrai que si la variation du signal alternatif est trs petite autour du point de polarisation en continu. III-2-2- Utilisation : Il existe divers types de diodes correspondant des technologies diffrentes. Chaque technologie prsente le meilleur compromis pour une utilisation donne. Nous allons balayer les applications des diodes en les classifiant par groupe technologique. Paramtres essentiels des diodes. En fonction de l'application considre, on s'intressera certains paramtres des diodes plutt qu' d'autres. Certains paramtres ne sont pas spcifis pour tous les types de diodes, sauf les suivants qui sont incontournables : VF : tension de coude de la diode spcifie un courant direct donn. IF : courant direct permanent admissible par la diode la temprature maxi de fonctionnement. IFSM : courant temporaire de surcharge (rgime impulsionnel). En gnral, pour un courant de surcharge donn, le constructeur spcifie l'amplitude des impulsions, leur dure, le rapport cyclique, et dans certains cas, le nombre maxi d'impulsions qu'on peut appliquer. VR : c'est la tension inverse maxi admissible par la diode (avant l'avalanche). IR : c'est le courant inverse de la diode. Il est spcifi une tension inverse donne, et pour plusieurs tempratures (gnralement 25C et Tmax). Ce courant n'est pas seulement celui d aux porteurs minoritaires. Il provient aussi des courants parasites la surface de la puce (le silicium est passiv par oxydation, et il peut subsister des impurets qui vont permettre le passage de faibles courants). Le botier d'encapsulation de la puce de silicium est aussi source de fuites. Ces symboles sont ceux gnralement employs par les diffrents constructeurs, mais il peut y avoir des variantes, et il est toujours sage de se reporter la documentation du constructeur pour savoir comment sont spcifis les paramtres, et quoi ils correspondent exactement. A- Diode de redressement : Une des principales applications de la diode est le redressement de la tension alternative du secteur pour faire des gnrateurs de tension continue destins alimenter les montages lectroniques (entre autres). Il y a deux types principaux de diodes de redressement : les diodes standard pour le redressement secteur classique, et les diodes rapides pour les alimentations dcoupage. Nous tudierons ces dernires ultrieurement. Caractristiques physiques. Les diodes de redressement standard sont les moins sophistiques, et ne font l'objet d'aucun traitement particulier, les conditions d'utilisations tant peu contraignantes.G. DEL FRANCO Alimentation

10 [email protected]


ALIMENTATION STABILISEE +/- 12 volts - 500 mAElles ont des tensions VR comprises entre 50 et 1000V environ, et les courants IF vont de 1A plusieurs centaines d'ampres. Avant le systme de redressement, on a presque toujours un transformateur qui sert abaisser la tension secteur (les montages lectroniques fonctionnent souvent sous des tensions de polarisation allant de quelques volts quelques dizaines de volts), B- Diodes de redressement rapide : Notions de charge recouvre. Nous avons dj mentionn le phnomne de diffusion au travers de la jonction PN : les lectrons majoritaires de la zone N franchissent la jonction et tendent neutraliser les trous de la zone P et vice versa. Quand la jonction est polarise en direct, le champ lectrique externe s'oppose au champ lectrique interne cre par les ions dpossds de leur lectron (zone N) ou trou (zone P) libres, et permet ainsi une plus grande diffusion des porteurs majoritaires dans la rgion de type oppos o ils deviennent minoritaires. Ils se recombinent alors avec une charge de signe oppos. Ce phnomne de recombinaison n'est pas instantan : les porteurs ont une dure de vie t gale environ 1ms dans le silicium. Il existe donc dans le cristal des charges en excs de part et d'autre de la jonction, la manire de charges prsentes sur les armatures d'un condensateur. On associe d'ailleurs cette charge, appele charge stocke , une capacit appele capacit de diffusion . Si on inverse brusquement la polarit aux bornes de la diode pour la bloquer, ces porteurs vont se comporter de la mme manire que les porteurs minoritaires en rgime inverse tabli : ils vont tre attirs de l'autre ct de la jonction par le champ lectrique externe et vont former un courant intense qui va s'ajouter au courant de fuite Is, jusqu' ce que la charge stocke disparaisse. Ce courant va dcrotre jusqu' devenir nul pendant un temps tRR appel temps de recouvrement inverse . La charge stocke est d'autant plus importante que le dopage est important. Le dopage intervenant directement dans la conductivit du cristal, il se pose le problme pour les diodes de puissance qui ncessitent une conductivit, et donc un dopage importants. Pour diminuer la charge stocke dans ces composants, on utilise des piges recombinants, qui sont souvent des atomes d'or. Ils diminuent la dure de vie des porteurs, ce qui induit une charge stocke plus faible. Utilisation : Ces diodes sont utilises en lectronique de puissance partout o l'on doit commuter trs rapidement des courants importants. Elles sont le complment indispensable des transistors de puissance rapides. Des diodes standard sont inutilisables dans ces cas l car elles sont trop lentes. Lors de la commutation des transistors, elles se comporteraient comme des courts circuits (pendant le temps de recouvrement inverse), ce qui entranerait des surintensits dans les transistors, et leur destruction plus ou moins rapide. C- Diode de signal : Les diodes prcdemment tudies font intervenir des courants et tensions non ngligeables. Les diodes de signal sont utilises dans des applications bas niveaux de courants et tensions. Caractristiques physiques. Les diodes de signal n'ont pas besoin de tenir des fortes tensions inverses : par construction, elles pourront avoir une capacit parasite faible, et donc fonctionner des frquences leves.G. DEL FRANCO Alimentation



ALIMENTATION STABILISEE +/- 12 volts - 500 mACes caractristiques sont obtenues grce une surface de jonction rduite et un faible dopage (diminution des charges stockes). Dtecteur de crte : Ce dispositif permet de mmoriser la valeur crte d'un signal. Il est trs utilis en instrumentation. C'est en fait un redresseur simple alternance avec filtrage dont la charge est quasi nulle (aux courants de fuite prs) : la constante de temps de dcharge du condensateur est thoriquement infinie, (trs grande en pratique). Il se charge donc la valeur crte (moins la tension de seuil de la diode) et reste charg cette valeur. La rsistance R sert limiter le courant de charge du condensateur une valeur raisonnable pour le gnrateur d'attaque. Lorsque la tension e est suprieure la tension aux bornes du condensateur U plus la tension de coude de la diode, celle ci conduit et charge le condensateur travers la rsistance R. A noter que tel quel, ce montage est inexploitable pour des petits signaux : la tension mmorise par la diode et le condensateur est infrieure la valeur crte du signal d'entre de la tension de seuil de la diode. Il existe une version amliore avec amplificateur oprationnel qui pallie cet inconvnient. Il faut aussi adjoindre ce montage un systme permettant de dcharger le condensateur pour faire une nouvelle mesure.

Thermomtres. Compensation thermique : C'est une utilisation importante des diodes. La tension directe des jonctions PN en silicium est affecte d'un coefficient de temprature ngatif (environ -2mV/C). Certains montages transistors ncessitent une drive minimum en temprature. On peut arriver compenser cette drive l'aide d'une diode couple thermiquement au transistor et place judicieusement dans son circuit de base (voir chapitre sur les transistors). Cette drive en temprature peut aussi tre utilise comme thermomtre sur un montage. Lorsque la diode dtecte des tempratures trop leves, elle peut commander un circuit qui va (par exemple) couper certaines fonctions du montage (autoprotection). Cette fonction est trs utilise dans les composants intgrs. D- Diodes spciales : Diode Zener :Caractristique.




ALIMENTATION STABILISEE +/- 12 volts - 500 mAIl concerne la caractristique inverse de la diode. En direct, une diode zener se comporte comme une mauvaise diode normale. En inverse, on fait en sorte que par construction l'effet zener et / ou d'avalanche se produise une tension bien dtermine, et ne soit pas destructif. La caractristique inverse prsente alors l'allure d'un gnrateur de tension faible rsistance interne. En gnral, les constructeurs spcifient : la tension d'avalanche Vzt pour un courant dtermin Izt. (les valeurs de tension sont normalises). ce point de fonctionnement Vzt / Izt, on donne la rsistance dynamique de la diode rzt. le courant Izm pour lequel la puissance dissipe dans le composant sera le maximum admissible. on indique aussi le coefficient de variation en temprature de la tension Vzt. En dessous de Vzt = 5V, c'est l'effet zner qui prdomine. Au dessus, c'est l'effet d'avalanche. L'effet zner est affect d'un coefficient de temprature ngatif (Vzt diminue quand la temprature augmente), et l'effet d'avalanche d'un coefficient positif. Les diodes ayant une tension Vzt d'environ 5V ont un coefficient de temprature nul, car les deux phnomnes se produisent de manire quilibre, et leurs effets se compensent. L'effet d'avalanche est plus franc que l'effet zener, ce qui fait que le coude de tension inverse est plus arrondi pour les diodes zener de faible tension. Les diodes optimales en terme d'arrondi de coude et de rsistance dynamique ont des tensions zner voisines de 6 7V. Schma quivalent : Pour simplifier les calculs, et comme pour la diode, on va dfinir un schma quivalent approchant la ralit. Si on utilise le composant suffisamment loin du coude, le schma suivant modlise bien le comportement d'une diode zener :

On dfinit une tension de coude Vzo, et une rsistance interne constante Rz. Ce schma sera utiliser avec beaucoup de prudence sur des zener de faible tension (< 5V) : leur coude est trs arrondi, et la rsistance dynamique varie beaucoup avec le courant. Pour des tensions suprieures 5V, il n'y aura en gnral pas de problmes. Rgulation de tension : De par leurs caractristiques de gnrateur de tension, ces diodes sont idales pour rguler des tensions continues ayant une ondulation rsiduelle non ngligeable (cas des tensions redresses filtres).




ALIMENTATION STABILISEE +/- 12 volts - 500 mAIV- LE FILTRAGE : Nous avons obtenu partir dune source alternative et dun systme redresseur une tension redresse. Celle-ci nest pas encore continue. Pour obtenir une tension (quasi) continue, il suffit de mettre un condensateur en parallle avec la charge. Le condensateur est constitu de deux surfaces conductrices rapproches mais spares par un isolant. Lorsquon soumet ce composant une tension diffrentielle des charges de signes diffrents vont saccumuler sur les deux surfaces sans change possible. Son rle dans lalimentation est de stocker de lnergie tant que la tension de la source est suprieure celle du condensateur puis de la restituer en essayant de maintenir la tension de la charge quand la tension de source est infrieure. Exemple redressement simple alternance.

V- LE REGULATEUR DE TENSION : Gnralement prsenter en botier TO3, ces composants 3 pattes sont capable de rguler une tension avec une variation maximum de +/- 5% avec un courant maximum de 1 A. Leur conception permet galement quelques avantages : - Limitation interne du courant de sortie, vitant la destruction par court-circuit. - Limitation en fonction de la temprature du circuit en cas par exemple de mauvais refroidissement. - Facilit d'emploi simplifie l'extrme. Les brochages sont donns ci-dessous :

Sortie Entre Masse REGULATEUR Positif

Sortie Masse Entre REGULATEUR Ngatif

La diode branche en parallle inverse sur les rgulateurs permet la dcharge des condensateurs l'arrt, sans passer par les circuits internes des CI, qui pourraient tre endommags sans cela.




ALIMENTATION STABILISEE +/- 12 volts - 500 mAIl est noter qu'il est facilement possible d'obtenir une tension d'alimentation non normalise, avec un rgulateur existant dj. On place entre la masse et le rgulateur une diode Zener qui relve la tension de sortie. Exemple : On dsire obtenir une tension de sortie de 10 V rgule : On prendra alors un 7805 (rgulateur positif 5V) et l'on dopera la connexion de masse avec une zener de 5,1V / 0,5 W, suivant la figure ci-dessous. E S M

VI- CALCUL DUNE ALIMENTATION +/-12 V-500mA : Pour raliser une alimentation il faut partir du cahier des charges. Les tensions de sorties sont de 12 volts et le courant max est de 500mA. VI-1- Le schma de principe :D5 Valeur

1 2 1 3 4 2 5 1 D1Valeur

2 1 D3Valeur

C1 Valeur

3 E Gnd S 2 Reg178xx C3 Valeur

+12VC4 Led1 Valeur Valeur Led2 mm 5

1

230 AC1

R1 Valeur

Gnd

230 AC2

Tr1 Valeur transfo type 1

C2 Valeur

2 1 D2Valeur

2 1 D4Valeur

C6 Valeur

2

E

1 M

S

3

R2 C5 1 Valeur Valeur Led2 Valeur Led2 mm 5

-12V

Reg2 Srie 79 rgulateur to220

D6 Valeur

VI-2- Le choix des rgulateurs : Les paramtres qui nous permettent de choisir le rgulateur sont la tension et le courant. Les rgulateurs 7812 et 7912 conviennent parfaitement. La documentation technique nous donne les informations suivantes : - Tension dentre du rgulateur : 14.5 30 volts - Chute de tension Vd rgulateur : 2.5 volts - Condensateurs associs : Cin = 0.33F, Cout =0.1F. - Temprature de jonction : 150C Max. Ces informations vont nous aider dterminer le dissipateur (fin de cours) et la tension dentre mini du rgulateur.G. DEL FRANCO Alimentation



ALIMENTATION STABILISEE +/- 12 volts - 500 mAVin = Vout + 2.5 = 14.5 volts. Pour que le rgulateur fonctionne convenablement il ne faut pas descendre sous cette valeur. La valeur maximum de cette tension est choisir car elle va fixer londulation de tension et le choix du dissipateur. Fixons nous 10% dondulation donc Vin max = 14.5 +1.45 =16 volts. Nous pouvant prsent dterminer le condensateur. VI-2- Le choix des condensateurs : Pour cela il faut connatre lallure de la tension aux bornes du condensateur positif ou ngatif. Reprenons le schma de principe de lalimentation et assimilons le rgulateur et la charge, une rsistance.2 1 3 4 1 D1Valeur

2 1 D3Valeur

C1 Valeur

R1 Valeur

230 AC1

230 v230 AC2

v1C2 Valeur R2 Valeur

2

Tr1 Valeur transfo type 1

5

2 1 D2Valeur

2 1 D4Valeur

Lorsque la tension v1 (enroulement 3-4) est positive la diode D1 conduit, Puis quand la tension v1est ngative la diode D3 conduit. Ce nest donc pas un pont PD2 qui rgit le fonctionnement comme on pourrait le croire par un pont S2. Il en est de mme pour lenroulement 4-5.

Pente 1/RC

Temps de charge

Temps de dcharge

t (ms)




ALIMENTATION STABILISEE +/- 12 volts - 500 mAMthode : (EN REGIME ETABLI) Elle est approximative et donne une valeur du condensateur suprieure la valeur idale. Nous savons que Q = C . U , d'o : U= Q/C En Ayant une variation U, nous aurons : U= Q/C Sachant que Q, la charge, est aussi le produit du courant absorb par le temps t de dcharge, nous aurons : U=t.I/C Si nous admettons (approximation) que la dcharge dure quasiment pendant toute la priode, soit environ 10 ms (0,01 seconde), nous aurons : U= I t/C = 0.5 x 0.01/C Dans cette relation, le U est donn en volts, le courant I en ampres et la capacit C en farads. Si l'on dsire un U maxi de 1,45 V avec un courant moyen de 0.5 A, nous aurons : C = 0.005/1.45 = 3 mF soit 3000 F valeur normalise 3300 F. En ralit la charge du condensateur se fait sur de la priode donc la dcharge sur de celle-ci C vaut donc : C = 0.5 x 0.0075/1.45 = 2.6 mF soit 2600 F valeur normalise 3300 F. Il faut choisir la tension de service du condensateur. On le fait par rapport la tension maximum dont on dispose soit 16 volts normalise 25 volts. VI-3- Choix des diodes : Les diodes doivent supporter les tensions inverses du montage soit Usecondaire max du transformateur, le courant fourni moyen ici 0.5 A, et le courant max impulsionnel. En effet le transformateur doit fournir un courant impulsionnel lors de la charge du condensateur et le courant moyen (25% de la priode). Tension Vc

Courant Ic

Pente 1/RC

Temps de charge

Temps de dcharge

t (ms)

Calcul de Icmax : Icmax = (0.0033 x 1.45)/0.0025 + Ic0= 2.214 A La tension inverse max que doivent supporter les diodes : Vin max rgulateur + Vseuil diode =16 + 0.7 16.7 volts Les diodes 1N400X conviennent parfaitement




ALIMENTATION STABILISEE +/- 12 volts - 500 mAVI-4- Le choix du transformateur : Le transformateur fonctionne donc en mode impulsionnel. Il faut donc calculer la puissance quil fournit pendant ce temps. On dit quil fonctionne en mode dclass. On admet que le courant impulsionnel est sinusodal de valeur maximum 2.214 A Sa valeur efficace est alors de Ieff = 2.214/ 2 = 1.56 Ampre. La tension secondaire minimum doit tre de : 16.7/ 2 = 11.8 Volts La puissance est donc de S = 1.56 x 11.8 = 18.5 VA pour un enroulement Le transformateur sera un 2 fois 12 Volts 37 VA (car deux alimentations). Remarque : Ce transformateur une forte puissance apparente du fait du choix de la capacit, donc de londulation, pour une ondulation deux fois plus forte nous obtenons une diminution de 50% de la puissance apparente. Le choix du transformateur tant fait il faut reprendre la dmarche inverse pour valider nos choix. VI-5- Protection par fusible : Il est ncessaire de protger lalimentation par un fusible. On le place au primaire, son choix se fait en fonction de la tension et notamment du courant qui est impulsionnel. Il ne faut pas oublier que le transformateur est une machine statique dinduction et quil faut magntiser le circuit la mise sous tension, On prconisera alors des fusibles action retarde. VI-6- Calcul du dissipateur du rgulateur : Le choix dun radiateur (dissipateur) simpose si la temprature quatteint la jonction dpasse sa limite, gnralement 125C. Le calcul du dissipateur est bas sur la loi dohm thermique qui s exploite de la mme faon que la loi dohm lectrique. On associe : - La diffrence de temprature une diffrence de tension. - La puissance dissipe un courant lectrique. - La rsistance thermique une rsistance lectrique. Soit le schma suivant :

Loi d'ohm thermique scrit alors: TJ - TA = PD RTH JA TJ : Temprature de jonction (C) TA : Temprature de l'air ambiant (C) RTH JA : Rsistance thermique jonction air (C/W). Dpend du type de boitier PD : Puissance dissiper (W)




ALIMENTATION STABILISEE +/- 12 volts - 500 mAReprsentation de RTHRA avec dissipateur :

TJ-TA = PD (RTH JB + RTH BR + RTH RA) RTH JB : Rsistance thermique jonction botier RTH BR : Rsistance thermique botier radiateur. Dpend du type de botier. Peut tre amliore (diminue) par l'emploi de graisse thermique RTH RA : Rsistance thermique radiateur air. Dpend de la dimension du radiateur Mthode de calcul : - Dans un premier temps on calcule la puissance dissipe Dans notre exemple Pd = 2.5 x 0.5 = 1.25 W - Calculons RTHRA : RTHRA = (TJ -TA)/Pd on fixe TJ 100 C et TA 25C RTHRA= 75/1.25 = 60 C/W - Calculons la rsistance thermique du dissipateur. Pour cela le constructeur donne la rsistance thermique Jonction/Botier pour le composant ici 35C/W et on trouve dans des tableaux la rsistance thermique botier radiateur avec ou sans graisse (0.1C/W avec graisse). Donc RTHRA= 60-35-0.1= 24.9 C/W. Choix du dissipateur : Il faut dissiper 24.9 C/W, donc un dissipateur qui ait une rsistance thermique suprieure cette valeur. Dans le mmotech le choix se porte sur le modle WA400-9P. VI-7- Leds dindication : Le calcul de la rsistance est classique. VI-8- Diodes de protection : On choisira les mmes diodes que pour le redressement. Elles protgent contre les retours de courant en aiguillant le courant directement dans le condensateur de filtrage.




Aliment at Ion

Documents

Transcript of Aliment at Ion