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Alimentation stabilisée 1,25V à 25V - 1,5A

1. Le principe choisi
2. Le schéma électronique
3. La liste des composants
4. Les typons
5. Les implantations des composants
6. Quelques photos
7. Les essais et mises au point

1. Le principe choisi



D'abord, remarquez que VS ne peut descendre en dessous de Vref, qui est en fonction du régulateur utilisé. Pour le LM317T qui est le régulateur pour lequel j'ai opté, Vref = 1,25 V. Notez que vous pouvez employer pour 'reg' un régulateur fixe, par exemple le 7805 (prenez alors R1=240 Ohms). Les performances seront juste un petit peu dégradées, mais lorqu'il s'agit de fabriquer une alim fixe de 7,5 V pour votre synthé cela suffit largement; en effet, un régulateur de 7,5 V est très difficile à se procurer, alors que le 7805 est très courant, et si comme moi vous récuperez des tas de truc, vous avez sûrement une bonne dizaine de 7805 dans un fond de tiroir.

Ensuite, la diode 1N4001 sert à protéger le régulateur au cas ou VE serai inférieure à VS. Je m'explique: en général, les appareils que l'on alimente en continu ont une forte capacité mise en parrallèle avec l'entrée de l'alim. Alors, si on annule brusquement VE, cette capacité n'aura pas eu le temps de se décharger et le régulateur risque de souffrir.

Le calcul de la puissance dissipée dans le régulateur est simple (avec IS le courant réclamé en sortie) :

P = (VE - VS) * IS

Pour diminuer cette puissance on peut intercaler une résistance R en série entre VE et le régulateur, mais il faut faire attention à ce que la résistance soit correctement dimentionnée (calculez la puissance dissipée dans R), mais aussi à ce que la condition

VEminimum - ISmaximum * R > VS - 3

soit respecté, même lorque IS sera maximal, et VE minimal (en général, VE est une source avec une résistance interne gênante).
Enfin, même si en amont de VE il y a une capacité de filtrage, et même si en aval de VS il y a une autre capacité (celle qui justifie la présence de la diode), les deux condensateurs indiqués doivent être présent surtout si vous utilisez un 7805 (c'est pour les perfomances).

2. Le schéma électronique



Quelques remarques et explications sur ce schéma :

Cette alim est articulée autour du régulateur ajustable "LM317T".
Par le truchement du commutateur rotatif SW1, on peut choisir l'une des 5 tensions préréglée au moyen des ajustables P1 à P5, ou bien choisir de régler la tension avec les 2 potentiométres P6 (réglage grossier) et P6' (réglage fin) disposés en face avant.

L'alimentation est conçue pour pouvoir débiter 1,5 A sous une tension allant de 1,25 V à 25 V.

Mais, le LM317T débite au maximum 1,5 A avec une puissance maximum dissipée de 20 W. En effet, si on alimente le LM317T avec 27V, pour toute tension de sortie inférieure à environ 12 V, la limite de 20 W est dépassée si on réclame 1,5 A.

Alors, la solution que j'ai adoptée est la suivante:

On rajoute à notre alim de base un module de commutation, qui, en fonction de la tension de sortie, applique à l'entrée du pont redresseur B1 soit la totalité, soit la moitié de la tension alternative disponible sur TR1.
Ainsi, la limite des 20 W n'est jamais dépassée. (pour les connaisseurs, le DropOut Voltage du LM317T est maintenu dans une plage allant de 3V à 14V)

Cette manière de procéder s'appelle "prérégulation au secondaire".

Aussi, pour eviter que cela commute sans arrêt au voisinage du seuil, le module de commutation est articulé autour d'un trigger asymétrique. Ce trigger est réalisé grâce à IC3, RL1 et P8.
Remarquez la manière avec laquelle le trigger est réalisé (P8 relié ou non à la sortie par le bias du relais); cela permet de faire en sorte que P8 n'intervienne que dans l'expression de l'un des deux seuils du trigger. Sinon, la mise au point qui est déja un peu compliquée (mais tout à fait réalisable, rassurez-vous !) serai impossible vu la précision voulue (0,25 V sur une échelle de 1,25 à 25 V).

Notez que IC2 est indispensable pour garantir la précision de la commutation.

R6 et R7 servent à éviter qu'une tension supérieure à 12 V ne soit appliquée à l'entrée de l'A.L.I. (Amplificateur Linéaire Intégré) 741.

Quand au rôle de DZ1, étant donné que IC3 est alimenté en 0V...12V, il évite que la tension déchet de IC3 ne fasse coller RL1 sans arrêt.

Remarque importante à propos de RL1: ses contacts sont représentés au repos sur le schéma.

Enfin, il faut utiliser un deuxième transphormateur pour alimenter le module de commutation pour éviter que IC2 ne dissipe trop de chaleur et aussi pour éviter que le comportement de la section principale n'influe sur le module de commutation (brusques variations de tension pendant la commutation par exemple,...). Ainsi cela vous permet d'utiliser la sortie de cette deuxième alim pour l'alimentation de modules annexes de votre choix (vu-métres, afficheurs, ...)

Notez que si vous désirez seulement une alim dont la sortie soit comprise entre 1,25 V et 12 V, vous n'avez pas besoin de ce module de commutation (c'est pour cela que les deux modules seront réalisés sur deux plaquettes différentes, je vous donnerai donc par la suite deux typons).

D2 vous permet d'utiliser en sortie de cette alim une charge inductive (moteus à courant continu...).
D1, D3, D4 servent à protéger les semi-conducteurs auquels elles se rapportent.

Malgès le fait que le LM317T soit protégé contre les court-circuits, le fusible F1 apporte un niveau de sécurité suplémentaire (en cas de court-circuit sur la plaquette, auquel cas la protection du LM317T serai inéfficace).

3. La liste des composants

Les composants dont le nom est précédé du caractère @ ne concernent que le module de commutation, vous n'avez donc pas à vous les procurer si vous vouler faire une alim qui monte jusque 12V (au lieu de 25V). Les autres composants sont nécessaires dans tous les cas, car ils concerne la plaquette principale.

SW1 = commutateur rotatif 6 positions 1 circuit (ou 2 circuits mais un seul sera utilisé).
SW2 = interrupteur double, supportant le 220 V et un courant de 0,5 A au moins.

R1 = 270 Ohms, 1/4 W, tolérance 5 %
R2 = 470 Ohms, 1/4 W, tolérance 5 %
R3 = 560 Ohms, 1/4 W, tolérance 5 %
R4 = 1,5K Ohms, 1/4 W, tolérance 5 %
R5 = 2,2K Ohms, 1/4 W, tolérance 5 %
@R6 = 47K Ohms, 1/4 W, tolérance 5 %
@R7 = 68K Ohms, 1/4 W, tolérance 5 %
@R8 = 6,2K Ohms, 1/4 W, tolérance 5 %

P1 = P2 = P3 = P4 = P5 = 470 Ohms, ajustable avec molette, pour montage sur circuit imprimé, position verticale (debout)
P6 = 4,7K Ohms, potentiométre à monter en face avant
P6' = 470 Ohms, potentiométre à monter en face avant
@P7 = 10K Ohms, ajustable avec molette, pour montage sur circuit imprimé, position verticale (debout)
@P8 = 68K Ohms, ajustable avec molette, pour montage sur circuit imprimé, position verticale (debout)

C1 = 4700 f, 50 V, polarisé, implantation radiale
C2 = @C4 = 4,7 f, 63 V, polarisé, implantation radiale
@C3 = 470 f, 50 V, polarisé, implantation radiale
C5 = @C6 = 100 nf, 250 V, non polarisé

TR1 = primaire 220 V 50 Hz / secondaire 2 * 12 V, puissance 40 VA
@TR2 = primaire 220 V 50 Hz / secondaire 12 V, puissance 3~5 VA

D1 = D2 = D3 = @D4 = 1N4001

@DZ1 = Diode Zener, 3,6 V ou 4,7 V, puissance: 1/4 W suffit

B1 = pont de diodes supportant 50 V et 3 A au moins
@B2 = pont de diodes supportant 25 V et 1 A au moins

IC1 = LM317T
<@IC2 = 7812 (boîtier TO220, 1 Ampère)
@IC3 = A741 (boîtier DIL 8)

Un refroidisseur pour IC1 (20 W, boîtier TO220)

@T1 = 2N2222A (A, B ou C), BC548A (A, B ou C), ...

@RL1 = relais 2 RT, contacts pouvant couper 3 A sous 50 V au moins, tension de la bobine = 12 V

F1 = fusible 1,6 A retardé
F2 = fusible 500 mA retardé

2 supports de fusibles, à monter en face avant ou arrière
Un boîtier
Un cordon secteur (si le boîtier est en métal, prévoir une terre pour la relier au boîtier)
2 douilles 4mm pour la sortie !!! -> si la face sur laquelle elles sont montées est en métal, les choisir de type 'isolé'
Un bouton pour le commutateur
De la visserie + entretoises isolantes si le boîtier est en métal

4. Les typons

Avant de réaliser les 2 CIs, procurez-vous tout les composants et vérifiez que ceux-ci s'implantent correctement. Vous devrez au besoin redessiner une partie du typon (ceci est surtout valable pour les potentiomètres et les ponts de diodes).

Remarque: vous constaterez que les typons et les schémas d'implantation ne sont pas inversés; donc, il faudra placer le typon face non-imprimée contre la vitre de l'insoleuse (si cela n'est pas clair dans votre esprit, je vous invite à consulter le paragraphe sur l'insolation de la page sur la fabrication de CIs).

Voici le typon de la section principale de l'alimentation :

Cliquez ici pour télécharger le typon de la section principale, pour le logiciel Quickroute 3.6 lite, disponible dans les disquettes et CD-rom accompagnant la revue Electronique Pratique.

Cliquez ici pour télécharger le logiciel Quickroute 3.6 lite (871 ko)



Voici le typon du module de commutation de l'alimentation :

Cliquez ici pour télécharger le typon du module de commutation, pour le logiciel Quickroute 3.6 lite, disponible dans les disquettes et CD-rom accompagnant la revue Electronique Pratique.



5. Les implantations des composants

Voici l'implantation de la section principale de l'alimentation :



Au besoin, on pourra 'déporter' IC1 si le refroidisseur n'est pas à proximité de la plaquette. Le cas échéant, IC1 sera relié à la plaquette par des fils souples isolés, les plus courts possibles (inférieurs à 7cm).

Voici l'implantation du module de commutation de l'alimentation :



Remarquez que le relais ne se trouve pas implanté sur la plaquette, mais relié avec elle par des fils souples.

6. Quelques photos

Vue d'ensemble :



La face avant :



Zoom sur la connectique :



Le radiateur à l'arrière :



7. Les essais et mises au point

Le premier réglage à éffectuer est celui des seuils du trigger du module de commutation.
Pour cela, mettez sous tension l'alim, et connectez un voltmètre sur la sortie, avec un calibre pouvant supporter 25 V.

Réglage du 1er seuil (tension maxi vers tension mini, décollage du relais) :

* Mettez le curseur de P7 à fonds vers le bas (le curseur doit être au contact du 0 V) et le curseur de P8 en position médiane.
* Ensuite, tournez SW1 pour que ce soit les potentiomètres P6 et P6' qui déterminent la tension de sortie.
* Tournez alors P6 pour que la tension soit maximale (plus de 20 V)
Vous aurez entendu pendant ce qui précede ou bien à la mise sous tension un petit clic, c'est le relais qui a collé.
P6' devra être en position médiane pour permettre d'influer dans les 2 sens dans le réglage suivant.
* Puis, tournez doucement P6 dans l'autre sens pour amener la tension jusqu'a 13 V (P6' permet un ajustage fin)
* Alors, tournez P7 tout doucement jusqu'à ce que le relais décolle (on entends alors un petit 'clic') et arrêtez de tournez.
Si vous avez raté votre coup, il faut faire revenir franchement P7 en arrière jusqu'à un autre clic (= le relais colle = 2ème seuil du trigger), puis le faire ravancer de nouveau tout doucement pour entendre encore un autre clic (= le relais décolle à nouveau = 1er seuil du trigger, celui que nous cherchons ici à régler).
Ca y est ! Ce que j'apelle le premier seuil du trigger est réglé !

Réglage du 2éme seuil (tension mini vers tension maxi, collage du relais):

Maintenant, on agira sur P8.
* Pour ce faire, tournez P6 pour que la tension soit faible (inférieure au 1er seuil).
* Ensuite, augmentez doucement la tension de sortie toujours en tournant P6.
Vous vous rendrez compte que le relais colle quand une tension un peu supérieure au 1er seuil est atteinte.
Si cette tension est comprise entre 13,3 V et 14 V, c'est bon (cette valeur est généralement atteinte avec le curseur de P8 en position médiane).
* Sinon, ajustez P8, et recommencez la manoeuvre en prenant garde à bien redescendre en dessous du 1er seuil.

Si les réglages sont corrects, vous constaterez que, en partant d'une tension faible, quand on augmente la tension de sortie, le relais colle dès que celle-ci dépasse le 2éme seuil (entre 13,3V et 14V); alors, quand vous baisserez la tension, le relais décollera dès que la tension descendera en dessous du 1er seuil (13V).

Si vous n'y arrivez pas et/ou que le relais réagit n'importe comment, vérifiez que vous n'avez pas inversé les contacts Commun, Repos et Travail, et aussi vérifiez que vous tournez les potentiomètres dans le bon sens.


Maintenant, passons au réglages des potentiomètres P1 à P5, qui correspondent aux 5 tensions préréglées. Rassurez-vous, ce réglage est nettement plus simple que le précédent.

Pour ce faire :

* Commutez SW1 sur le potentiométre P1,
* Réglez P1 pour que la tension de sortie soit de 3 V.

On fait de même pour P2, P3, P4 et P5 pour les tensions respectives de 4,5V, 6V, 9V et 12V.

Ca y est ! L'alimentation est réglée !

Je vous indique comment vérifier que le refroidisseur choisi est correctement dimentionné:
Mettez SW1 sur la position 4,5V. Faites débiter à l'alim un courant de 1,5 A en connectant à sa sortie une résistance de 3 Ohms, 10W,
Attendez en surveillant régulièrement la température du régulateur, il doit chauffer un peu mais ne doit pas être brûlant (si la température est trop importante, la protection thermique du LM317T se mettera en marche).