Construction d'une alimentation AC/DC basse tension fiable : Redresseur à pont et filtre capacitif

Pièces et Matériaux

• Alimentation AC basse tension (6 V RMS, entrée 120 VAC)
• Module redresseur à pont (ex. Radio Shack #276-1185 ou équivalent)
• Condensateur électrolytique, 1000 µF, ≥25 V DC (Radio Shack #272-1047 ou équivalent)
• Quatre bornes « banane » ou quincaillerie de terminal similaire (Radio Shack #274-662 ou équivalent)
• Boîtier métallique (de préférence une boîte pouvant servir de dissipateur thermique)
• Ampoule à incandescence 12 V, 25 W (appropriée pour test sous forte charge)
• Douille de lampe compatible avec l'ampoule

NOTES SUR LES PIÈCES ET MATÉRIAUX

L'utilisation d'un module redresseur à pont commercial est préférable à l'assemblage de quatre diodes discrètes car le module est conçu pour un dissipateur thermique monté et offre des connexions fiables et maintenables. Un boîtier métallique sert de dissipateur thermique efficace pour le redresseur, aidant à maintenir la température de jonction du semi-conducteur dans des limites sûres.

La tension de travail du condensateur électrolytique devrait être au moins deux fois la tension AC RMS de l'alimentation pour accommoder la tension de crête et fournir une marge de sécurité. Pour une alimentation 6 V RMS, un condensateur 25 V est adéquat ; une tension nominale plus élevée est acceptable si la taille et le coût le permettent.

Les lampes 12 V de forte puissance (25 W ou 50 W) sont facilement disponibles chez les fournisseurs de matériel pour VR et navigation. Elles fournissent une charge lourde réaliste pour évaluer la réduction du ripple.

Références Croisées

Lessons In Electric Circuits, Volume 2, Chapitre 8 : Filtres

Objectifs d'Apprentissage

• Comprendre comment un filtre capacitif lisse la sortie DC d'un redresseur.
• Reconnaître l'importance du dissipateur thermique pour les semi-conducteurs de puissance.

Schéma Électrique

Illustration

Instructions

Dans cette expérience, vous construirez un circuit redresseur et filtre qui convertit la sortie AC basse tension de votre module d'alimentation précédent en une source DC stable. L'alimentation résultante peut remplacer une pile dans les expériences alimentées par pile et peut être étendue en une unité autonome 120 VAC → DC en ajoutant un transformateur, un cordon et une fiche du côté AC.

CONSTRUCTION DE LA PARTIE REDRESSEUR

Le redresseur à pont doit supporter au moins le courant nominal du secondaire du transformateur et avoir une tension nominale ≥2× la tension RMS secondaire pour permettre la tension de crête et la marge de sécurité. Le module Radio Shack (25 A, 50 V) répond confortablement à ces exigences pour une alimentation 6 V AC.

La plupart des modules redresseurs incluent des bornes à déconnexion rapide. Utilisez des cosses « quick-disconnect » serties aux extrémités des fils pour une connexion fiable et remplaçable. Évitez de souder directement sur les broches des semi-conducteurs pour prévenir les dommages thermiques et maintenir une maintenance aisée.

Fixez le redresseur à l'intérieur du boîtier métallique. La surface du boîtier fonctionne comme un dissipateur thermique, dissipant la chaleur générée par le fort courant.

CONSTRUCTION DE LA PARTIE FILTRE

Connectez le condensateur électrolytique aux bornes de la sortie DC du redresseur, en assurant la polarité correcte. Le condensateur agit comme un réservoir à faible impédance qui lisse la forme d'onde DC, réduisant la tension de ripple. Comme les condensateurs électrolytiques sont sensibles à la polarité, une connexion inversée peut causer une défaillance catastrophique — utilisez un point de test ou un multimètre pour vérifier la polarité avant l'assemblage final.

TEST DU CIRCUIT

Après l'assemblage, connectez l'unité redresseur/filtre à l'alimentation AC basse tension comme indiqué :

Mesurez la sortie AC de l'alimentation ; elle devrait être d'environ 6 V RMS. Ensuite, passez votre multimètre en mode DC et mesurez la sortie du redresseur. La tension DC sera proche de la tension de crête AC (≈8,5 V), illustrant l'effet de filtrage.

Pour évaluer le ripple, réglez votre multimètre sur volts AC (ou millivolts AC). Le ripple sera substantiellement plus bas que dans un redresseur non filtré. Pour un contrôle qualitatif, vous pouvez « écouter » avec un détecteur audio : un ton faible indique un ripple résiduel.

Ensuite, connectez l'ampoule 25 W aux bornes de la sortie DC :

Re-mesurez le ripple. Avec la charge lourde, le condensateur de filtre se décharge entre les crêtes, donc le ripple augmente. Cela démontre la nature dépendante de la charge du filtrage.

RÉDUCTION DU RIPPLE

Si un ripple plus faible est requis sous charge, augmentez la capacitance du filtre ou implémentez un filtre multi-étages tel qu'un réseau condensateur-inductance-condensateur (C-L-C). Par exemple :

Utilisez un choke à noyau de fer avec un courant nominal adéquat ; son inductance bloque le ripple AC tout en laissant passer le DC. Si un choke approprié n'est pas disponible, l'enroulement secondaire d'un transformateur abaisseur peut servir de choke — en laissant le primaire ouvert — car le noyau magnétique du transformateur fournit naturellement une impédance inductive au ripple.

Simulation Informatique

Pour valider votre conception, exécutez une simulation SPICE en utilisant la netlist suivante :

Redresseur à pont à onda complète
v1 1 0 sin(0 8.485 60 0 0)
rload 2 3 10k
c1 2 3 1000u ic=0
d1 3 1 mod1
d2 1 2 mod1
d3 3 0 mod1
d4 0 2 mod1
.model mod1 d
.tran .5m 25m
.plot tran v(1,0) v(2,3)
.end

Ajustez la résistance de charge pour explorer le comportement du ripple sous différentes conditions de charge.

Fiche Connexe

• Fiche de travail : Alimentations AC-DC de base