Electronique > Réalisations > Alimentations > Alimentation phantom 006
Dernière mise à jour : 17/09/2023Présentation
Les circuits décrits ici permettent de produire une tension continue de +48 V à partir d'une tension continue comprise entre +12 V et +18 V.
Trois schémas sont proposés :- schéma 006 : tension de sortie "régulée" dans une plage d'environ 2 V (entre +47 V et +49 V)
- schéma 006b : tension de sortie stabilisée à +48,0 V (plage de réglage +47 V à +49 V)
- schéma 006c : le meilleur pour la fin...
Principe de fonctionnement
Tout système de conversion permettant d'obtenir une tension continue de sortie plus élevée que la tension continue d'entrée (step-up, boost) est basée sur le principe du découpage de la tension source. La tension hachée étant devenue alternative, son "grossissement" est possible avec un transformateur, une bobine ou des diodes associées à des condensateurs. Le type de système à adopter dépend des tensions mises en jeu (en entrée et en sortie), du courant de sortie désiré et du niveau de bruit accepté.
Il existe un grand nombre de convertisseurs DC/DC prêts à
l'emploi, sous forme de modules ou en circuit intégrés, la grande
majorité réclamant une bobine, une diode rapide et un condensateur. Ces
convertisseurs souvent très performants permettent de réaliser
l'opération désirée sur une toute petite surface de circuit imprimé,
mais malheureusement ils ne sont pas tous adaptés au
contexte d'utilisation qui nous concerne ici, car le plus gros du
marché cible majoritairement des systèmes de "moyenne ou forte
puissance". Ce que
je dis là n'est pas du tout contradictoire avec ma réalisation Alimentation
phantom 007 qui utilise justement un de ces régulateurs à
découpage ;)
Le montage présenté ici fonctionne avec la méthode [chaîne de diodes et condensateurs] que j'ai déjà exploitée, en la peaufinant. Le vieux convertisseur que j'avais déjà réalisé et testé permettait de débiter un courant qui suffisait pour un microphone récent, mais pas pour deux. Celui décri ici permet un courant de sortie supérieur. La tension de sortie est comprise entre 47 V et 49 V, pour une tension d'entrée comprise dans la plage 12 V à 15 V et pour un courant de sortie compris entre 1 mA et 16 mA (voir avertissements).
Avertissements
- Le circuit présenté ici nécessite un nombre assez élevé de
composants électroniques, plus qu'il n'en faut avec un convertisseur à
découpage intégré (cf Alimentation
phantom 007), mais il s'agit de composants courants.
- Une tension d'entrée de +12 V permet de tirer un courant de
sortie d'environ 5 mA, ce qui suffit pour un microphone récent.
Une tension d'entrée de +15 V permet de tirer 10 mA, ce qui suffit pour deux microphones récents.
Une tension d'entrée de +18 V permet de tirer 16 mA, mais c'est le maximum permis sous peine de destruction des circuits intégrés ! - La version 006b permet de disposer d'une tension de sortie régulée +48,0 V, mais la section régulation à elle seule consomme 2 mA. Le courant disponible en sortie 48 V avec la version 006b est donc inférieur à celui disponible avec la version 006. Pas gênant dans la plupart des cas (ça peut l'être avec de vieux microphones électrostatiques qui consomment "beaucoup").
Schéma 006
Comme dit précédemment, le plus gros du travail est assuré par une
chaîne de diodes (D102 à D110) et de condensateurs (C102 à C110).
Le tout est cadencé à une fréquence d'horloge hors bande audible, entre 20 kHz et 25 kHz, grâce à l'oscillateur formé par les deux portes logiques U121:A et U121:B.
Les portes logiques U101:C à U103:B câblées en cascade présentent un état logique alternatif et inversé d'une porte à la suivante. Cette méthode permet d'augmenter progressivement la tension continue de départ (Vnr) jusqu'à un maximum dont la valeur exacte dépend du nombre d'éléments "multiplicateurs" et du courant débité en sortie. Avec une tension d'entrée Vnr de 15 V (maximum permis pour que les portes logiques restent en bonne santé) et sortie à vide (non utilisée), la tension de sortie grimpe à plus de 85 V (oui !). Bien entendu, cette tension chute rapidement dès qu'on tire quelques mA, mais tout de même, il faut prendre quelques précautions !
La première chose à faire consiste à limiter la tension de
sortie à une valeur raisonnable. Comme la norme de l'alimentation
phantom P48 spécifie une valeur comprise entre 44 V et 52 V, j'ai
décidé de limiter la tension de sortie du convertisseur à un maximum de
49 V grâce à un comparateur de tension câblé en trigger de Schmidt qui
une fois cette tension maximale atteinte bloque l'oscillateur
principal. Comme ledit oscillateur doit redémarrer quand la tension de
sortie chute trop, un second seuil de déclenchement de 47 V a été fixé.
L'utilisation d'un trigger de Schmidt permet ici de disposer des deux
seuils avec un seul comparateur. En résumé, l'oscillateur principal se
désactive quand la tension de sortie dépasse la barre des 49 V et il se
réactive quand la tension de sortie passe sous la barre des 47 V. Il en
résulte une oscillation très basse fréquence qui dans la majorité des
cas ne devrait pas être gênante, sachant que tout microphone sérieux
possède un filtrage efficace sur le repiquage de l'alimentation phantom
(ceci dit, il m'est impossible de certifier un fonctionnement parfait
en toutes circonstances).
Les deux diodes D111 et D112 sont ajoutées à titre de
précaution supplémentaire. Elles n'entrent en action que si
l'oscillateur principal ne s'arrêtait pas au delà de 49 V en sortie
(quelle idée ! mais prévoir l'imprévisible est une forme de devise).
Tension d'entrée = 12 V, courant de sortie max = 8 mA
Tension d'entrée = 15 V, courant de sortie max = 12 mA
Tension d'entrée = 18 V, courant de sortie max = 16 mA
Schéma 006b
Version avec régulateur de tension en sortie. Par rapport au schéma 006, seule la sortie est modifiée, tout le reste est identique.
Les changements sont les suivants :
- taux de division du pont diviseur résistif R4/R5
- déplacement des diodes Zener de protection additionnelle
- ajout du module régulateur de tension discret
Résultats visibles sur les graphes de simulation suivants :
Tension d'entrée = 15 V, courant de sortie max = 10 mA (tension pré-régulation = +52 V)
Tension d'entrée = 17 V, courant de sortie max = 12 mA (tension pré-régulation = +58 V)
Schéma 006c
Le meilleur pour la fin ? Sans blague...
Tension d'entrée = 15 V, tension de sortie +48 V (ou +49 V), courant de sortie max = 10 mA
Oh, mais dites donc... bon sang mais c'est bien sûr !
On peut remplacer les diodes zener D111 et D112 par
un régulateur de tension LM317
en boîtier TO92 plastique (surtout pas un LM317 en boîtier TO220 !).
Deux (nouvelles) diodes zener de 30 V câblées en série (également nommées D111 et D112) permettent de
limiter à 60 V la tension à l'entrée du régulateur en absence de charge
en sortie (aucun micro raccordé). Attention aux
court-circuits en sortie du régulateur, car il n'aimerait
pas du tout (à cause de la tension différentielle entrée/sortie qui
dans ce cas monterait à une valeur fatale).
Comme quoi on n'est pas toujours obligé de compliquer les choses à outrance. Je vous laisse méditer sur les raisons (il y en a trois) qui m'ont poussé à utiliser un si grand nombre de "cellules élévatrices" sur les deux premiers montages, et surtout à avoir mis en place des systèmes de régulation aussi "lourds" ;)
Circuit imprimé
Aucun circuit imprimé n'a été étudié pour ces différentes versions,
mais cela ne devrait pas être très compliqué pour la dernière (006c).
Historique
17/09/2023- Première mise à disposition.