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Electronique > Réalisations > Alimentations > Alimentation ajustable 003

Dernière mise à jour : 19/08/2007

Caractéristiques principales

Tension : +1.3 V à +9 V (ou +1,3 V à +20 V)
Courant : 1 A (ou 3 A, ou 5 A)
Régulée : Oui

Présentation

Cette alimentation est prévue pour être directement raccordée sur une batterie 24V (de camion par exemple). Sa tension de sortie peut être ajustée entre 1,3V et 9V, mais moyennant une petite modification simple décrite un peu plus loin, il est possible de porter la tension de sortie à +20V. Le courant de sortie maximal est de 1A, qui correspond au courant maximal que peut fournir le régulateur de tension intégré utilisé ici à la base. Moyennant le remplacement de ce régulateur par un modèle plus costaud, il est possible d'augmenter le courant de sortie disponible jusqu'à un maximum de 5A. Pour une alimentation de même type mais destinée à un raccordement sur batterie 12V, se reporter à la page Alimentation ajustable 002.

Le schéma

Le schéma suivant représente l'alimentation dans sa totalité.

Alim ajustable 003

Le coeur du montage est un régulateur de tension intégré de type LM317, qui permet d'obtenir une tension régulée ajustable, sous un courant maximal de 1A (certaines versions de LM317 montent à 1,5A). Si ce courant disponible est insuffisant pour votre application, vous pouvez remplacer le LM317 par un LM350 (3A) ou par un LM338 (5A). Un transistor de puissance Q1 est inséré entre la batterie 24V et le régulateur de tension, afin d'assurer une pré-régulation limitant la tension d'entrée du régulateur de tension U1. Cet abaissement est nécessaire si l'on souhaite une tension de sortie basse (par exemple 3V ou 6V) sous un courant élevé (plus de 1A). Cet étage de pré-régulation est fortement conseillé si vous souhaitez disposer d'une tension de sortie inférieure à 12V sous un courant supérieur à 1A, mais il n'est pas absolument obligatoire. Si vous ne l'utilisez pas, le régulateur U1 chauffera plus et vous devrez le doter d'un radiateur plus gros (un radiateur de refroidissement est dans tous les cas obligatoire, sa taille dépendra de vos besoin en tension et en courant). De part la présence de l'étage de pré-régulation, et avec les valeurs de composants données ici, la tension de sortie est limitée à un maximum de 9V, car il faut sur le régulateur de tension U1, une tension d'entrée d'au moins 3V supérieure à la tension de sortie désirée. Si vous conservez l'étage de pré-régulation, la tension de sortie est limitée à un maximum de 9V, et si vous modifiez ou supprimez cet étage de pré-régulation, vous pouvez obtenir une tension de sortie plus élevée. Vous pouvez par exemple changer les zeners de 7V5 par des zeners de 10V, et modifier la valeur de RV1 de 1K à 2K2, ce qui permet d'avoir une tension de sortie pouvant alors atteindre 17V. Pour une tension de sortie plus élevée, autant supprimer totalement l'étage de pré-régulation, son intêret devenant de moins en moins évident. En résumé :

Tension de sortie désirée Pré-régulation Valeur D5 et D6 Valeur RV1
1,3 V à 9 V Conseillée 7V5 1K
9 V à 17 V Conseillée 10V 2K2
17 V à 21 V Inutile - 2K2 + 1K en série

Redressement et filtrage
Nous n'avons pas affaire ici à une alimentation secteur, et la source de tension n'est pas alternative mais continue. Pas besoin de redressement donc, et un besoin en filtrage moindre. Une diode D1 est tout de même prévue en série avec l'entrée 24V, de façon à protéger le montage en cas d'erreur de branchement sur la batterie 24V : en cas d'inversion des polarités sur l'entrée, la diode D1 se bloque et empêche la destruction des composants qui font suite. Cette diode occasionne une chute de tension de l'ordre de 0,6V à 1V (voir un peu plus), selon le courant qui la parcourt, mais cela n'est guère gênant dans notre cas car nous avons justement quelques volts en trop à revendre. Le choix de cette diode dépend principalement du courant maximum que vous souhaitez tirer en permanence en sortie. Jusqu'à 1A permanent, une diode de type 1N4007 suffit, elle peut même supporter des pointes de courant de plusieurs ampères. Pour un courant allant jusqu'à 3A, la 1N4007 ne suffit plus du tout et vous devez opter pour une diode de type BY255 (qui supporte 3A) ou une diode de type MR754 (qui supporte 6A). Bien entendu, d'autres types de diodes de redressement peuvent parfaitement faire l'affaire, il suffit de chercher un peu. En ce qui concerne cette diode, je vous conseille franchement de la mettre. Si vous souhaitez économiser sur ce montage, ne prenez pas pour cible ce composant.

Tension de sortie fixe
Si vous souhaitez une tension de sortie fixe et non ajustable, il vous suffit de remplacer la résistances R1 de 150 ohms par une résistance de 220 ohms, et de remplacer le potentiomètre ajustable RV1 par une résistance R2 dont la valeur dépend de la tension de sortie désirée, comme mentionné dans le tableau qui suit. La valeur de R2 est déterminée par la formule suivante :
Vout (tension de sortie) = 1,25 * (1 + (R2 / R1))

Tension de sortie
désirée (Vout)
 Valeur de
D5 et D6		 R1
(1% ou 5%)
 R2 (remplacement de RV1, voir texte)
(1% ou 5%)
 R3 (remplacement de Q2, voir texte)
(0,5W - 10%)
1.25V 7,5V Pas de résistance 0 (court-circuit) 1
1.5V 7,5V 220 44 (22 + 22) 10
3.0V 7,5V 220 308 (309) 100
3.3V 7,5V 220 361 (180 + 180) 120
4.5V 7,5V 220 572 (470 + 100) 220
5.0V 7,5V 220 660 (330 + 330) 270
6.0V 7,5V 220 836 (820 + 15) 390
7.2V 7,5V 220 1047 (1K + 47) 510
9.0V 7,5V 220 1364 (680 + 680) 680
12.0V
 9,1V 220
 1892 (1800 + 91)
 1K
13.5V
 9,1V 220
 2156 (1800 + 360 ou 2000 + 150)
 1K2
13.75V
 9,1V 220
 2200
 1K2
14.0V
 10V 220
 2244 (2200 + 47)
 1K2
15.0V
 10V 220
 2420 (2200 + 220)
 1K2
18.0V - (1) 220 2948 (1500 + 1500) 1K5
20.0V - (1) 220 3300 2K ou 2K2
Nota (1) : pour sortie 18V ou 20V, pas de pré-régulation, donc pas de diodes zener, ni de transistor Q1, ni de résistance R3; et relier entre eux les points marqués E et C au dessus de Q1.

Courant maximal et Puissance dissipée maximale
Il faut être prudent quand on parle de courant maximal, surtout pour une alimentation réglable, car ce dernier n'est pas forcement le même selon la tension de sortie désirée. C'est la première des deux valeurs (puissance dissipée ou courant) qui atteint son maximum qu'il faut prendre en compte. La puissance dissipée en chaleur par le régulateur intégré, correspond au produit de la différence de tension qui règne entre son entrée et sa sortie, par le courant qui le traverse. La tension présente à l'entrée du régulateur est ici fixe et voisine de 14V, grâce à la pré-régulation effectuée par Q1 et les diodes zener D5 et D6. Si la tension de sortie est réglée à 9V, la différence de tension entre entrée et sortie du régulateur est alors de 5V (14V - 9V). Si le courant demandé en sortie est de 100 mA, la dissipation de puissance du régulateur est de 0,5W (5V x 0,1A). Cette dissipation de puissance parfaitement supportable avec un radiateur de dimensions modestes. Si maintenant la tension de sortie est réglée à 3V, la différence de tension entre entrée et sortie du régulateur est alors de 11V (14V - 3V). Si le courant demandé en sortie est de 1A, la dissipation de puissance du régulateur est alors de 11W (11V x 1A). Cette valeur de dissipation est déjà plus conséquente, et il faut un bon petit radiateur pour en venir à bout si on ne veut pas que le régulateur se bloque par protection contre surchauffe au bout de quelques secondes. Même remarque si utilisation du LM350 ou LM338 : ce n'est pas parce qu'ils sont spécifiés à 3A ou 5A, qu'on peut en faire ce qu'on veut en toute circonstance. Ces régulateurs intégrés sont dotés d'une protection contre tout emballement thermique, mais ce n'est pas une raison pour en abuser. Rappel : pour ce qui nous concerne ici, un radiateur est toujours nécessaire. Autant pour le régulateur U1, que pour le transistor Q1.

Alimentation à découpage ?
Quand il s'agit de faire chuter une tension importante sous un courant important, il est parfois plus judicieux de recourir à une alimentation à découpage, qui présente les avantage suivants :
- rendement bien meilleur : moins de pertes sous forme calorique, donc radiateur moins gros
- encombrement moindre (principalement grâce à la réduction de la taille du radiateur)
Je n'ai pas de schéma de régulateur à découpage, mais si cela vous interresse ou vous intrigue, vous en trouverez plein sur le net, notemment sur le site des fabricants connus comme Maxim, Texas Instrument, National Semiconductor, etc. Le montage décrit ici est de type régulation linéaire, il fonctionne bien mais possède un rendement moindre qu'une régulation à découpage, ce qui ne le rend pas ininterressant pour autant. Surtout si vos besoins en courant ne sont pas si important que ça. Pensez simplement que sortir 3V sous 5A avec une tension d'entrée de 24V, ça fait un petit paquet de calories à évacuer...

Voyant de contrôle
Il n'est pas facile ici de mettre une simple led avec sa résistance série de limitation de courant pour visualiser la présence d'une tension en sortie qui peut varier. La valeur de la résistance de limitation de courant doit en effet être calculée en fonction de la tension d'alimentation qui dans le cas présent, est variable. La solution ? Un générateur de courant constant réalisé avec un transistor à effet de champs (FET) dont les broches Gate et Source sont reliées ensemble. La led s'allume un peu moins en dessous de 5V, mais peu importe, le principal est qu'elle s'allume et qu'on le voit. Cette solution est discutée sur la page Alimentation d'une led. Si le transistor à effet de champ Q2 vous fait peur ou ne vous convient pas, remplacez-le simplement par une résistance R3 dont la valeur est à chosir en fonction de la tension de sortie fixe désirée, comme indiqué dans le tableau précédent.

Brochage des composants de puissance

Les régulateurs LM317, LM350 et LM338 ont un brochage identique, le remplacement de l'un par l'autre ne pose donc aucun problème.

LM338

Pour le TIP122 : boitier TO220, et pour le TIP142 : boitier TO3-P. Brochages donnés vue de devant, c'est à dire avec la semelle métallique (à plaquer contre le radiateur de refroidissement) à l'arrière.

TIP142 - Brochage TIP122

Précautions à prendre

Pour un courant max de 1A, on peut se contenter de fil de cablage standard, type 2,5 mm2. Mais si vous optez pour la version 3A ou 5A, il vous faudra utiliser du cable de plus forte section, et  opérer des liaisons électriques d'excellente qualité. Gros cable de rigueur donc, et soudure en quantité sur le circuit imprimé si vous décidez d'en faire un. Une mauvaise soudure causera des problèmes très rapidement, alors soyez très soigneux.


Impératif : prévoyez un fusible en série sur l'arrivée 24V. 
Calibre adapté au courant dont vous aurez besoin, pas forcement valeur de 1A comme indiqué sur le schéma.
En cas de pépin sérieux, ça évitera de faire fondre des cables dans les faisceaux de cablage du véhicule...


Circuit imprimé

Aucun circuit imprimé dessiné.