Disjoncteur Électronique : Conception, Schéma et Fonctionnement Expliqués

Disjoncteur Électronique – Schéma, Fonctionnement et Applications

Les appareils AC que nous utilisons chez nous ont une limite de courant et de tension. Ces seuils, appelés caractéristiques nominales, sont fournis par les fabricants et définissent la plage de fonctionnement optimal. Non seulement la tension et le courant nominaux sont requis pour un fonctionnement optimal, mais ce sont aussi les limites au-delà desquelles l'appareil peut être endommagé. Un appareil défectueux peut parfois nuire aux autres appareils connectés au même réseau.

Ces problèmes surviennent à cause des fluctuations de tension du réseau électrique, généralement inévitables. Ces surtensions endommagent de nombreux appareils électroniques, des petits électroménagers aux grosses machines industrielles. Cet article explique comment réaliser un disjoncteur électronique qui utilise son circuit pour protéger nos appareils contre les surtensions soudaines et déconnecter la charge du réseau.

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Schéma du Disjoncteur Électronique

Le schéma du circuit est donné ci-dessous :

Composants Requis pour le Disjoncteur Électronique

1. Ampli-op LM358
2. Régulateur 7805 = +5V
3. Relais = 5V
4. Transistors BC547 = 2 pièces
5. Transformateur abaisseur = 12V
6. Potentiomètre variable = 10kΩ
7. Pont de diodes
8. Résistances = 1kΩ, 2kΩ, 2,2kΩ, 5,1kΩ et 10kΩ
9. Condensateurs = 0,1µF, 10µF et 100µF

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LM358

Le LM358 est un CI ampli-op double à faible consommation. Il contient deux ampli-op indépendants, à gain élevé et compensés en fréquence internes. Il est conçu pour fonctionner sur une alimentation simple sur une large plage de tensions. Ses applications incluent bloc de gain DC, amplificateurs de transducteurs et circuits ampli-op conventionnels. Ce CI boîtier 8 broches.

Le brochage est montré ci-dessous.

La structure interne montre deux ampli-op indépendants. Les broches 1 et 7 sont les sorties. Les broches 3 et 5 sont les entrées non-inversantes, les broches 2 et 6 les entrées inversantes. Les bornes de masse et VCC sont aux broches 4 et 8.

Outre son coût faible et sa disponibilité, ce CI a des caractéristiques électroniques notables :

1. Deux ampli-op compensés en fréquence internes
2. Alimentation simple : 3-32 V
3. Alimentation double : ±1,5V à ±16V
4. Gain de tension 100dB, bande passante 1 MHz
5. Courant d'alimentation très faible : ~500µA
6. Tension de décalage d'entrée faible : ~2mV
7. Tension de mode commun incluant le potentiel de masse
8. Tension différentielle d'entrée comparable à la tension d'alimentation

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Régulateur 7805

Les circuits avec sources de tension peuvent avoir des fluctuations ne fournissant pas une tension de sortie fixe. Le régulateur 7805, régulateur linéaire à tension fixe, maintient ces fluctuations. Ses applications principales :

1. Régulateur à sortie fixe
2. Régulateur positif en négatif
3. Régulateur à sortie ajustable
4. Régulateur de courant
5. Régulateur de tension DC ajustable
6. Alimentation double régulée
7. Circuit de protection contre inversion de polarité de sortie
8. Circuit de projection contre polarisation inverse

Broche	Nom	Fonction
1	Entrée	Appliquer une tension non régulée pour obtenir une sortie régulée
2	Masse	Connecté à la masse
3	Sortie	Sortie signal de tension régulée

Le CI atteint son rendement maximal avec une tension d'entrée de 7,2V. Beaucoup d'énergie est dissipée sous forme de chaleur : la différence entre tension d'entrée et de sortie devient chaleur. Si cette différence est grande, plus de chaleur est générée. Le trou dans le boîtier permet de fixer un radiateur.

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Transistor BC547

Le BC547 est un transistor bipolaire NPN. Utilisé principalement pour la commutation et l'amplification. Un faible courant à la base contrôle des courants plus forts au collecteur et à l'émetteur. Voici son brochage :

Son fonctionnement est simple : quand une tension d'entrée est appliquée, un courant circule de la base à l'émetteur et contrôle le courant au collecteur. La tension base-émetteur est négative à l'émetteur et positive à la base pour sa structure NPN.

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Relais

Un relais est un interrupteur commandé électriquement, électromagnétiquement ou électroniquement. Il peut avoir plusieurs contacts sous formes variées : contacts de travail, de repos, ou combinaison. Les relais commandent un circuit par un signal faible indépendant, ou plusieurs circuits par un seul signal. La forme traditionnelle utilise un électroaimant pour ouvrir/fermer les contacts, mais d'autres principes existent, comme le relais à état solide qui utilise des propriétés semi-conductrices sans pièces mobiles. Le brochage du relais 5V utilisé est donné ci-dessous.

Broche	Nom	Description
1	Bobine 1	Déclenche le relais
2	Bobine 2	Déclenche le relais
3	Commun (COM)	Connecté à une extrémité de la charge
4	Normalement Fermé (NF)	Si l'autre extrémité y est connectée, la charge reste connectée avant déclenchement
5	Normalement Ouvert (NO)	Si l'autre extrémité y est connectée, la charge reste déconnectée avant déclenchement

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Fonctionnement du Disjoncteur Électronique

Connectez les composants correctement selon le schéma ci-dessus. Le schéma comporte trois parties à relier pour former un circuit complet :

• Module d'Alimentation
• Module Ampli-op
• Module Relais

Ces trois modules seront brièvement décrits.

Module d'Alimentation

L'ampli-op est le contrôleur du disjoncteur. Il nécessite une alimentation régulée 5V. Nous partons du secteur ~220V AC. Pour alimenter l'ampli-op, il faut abaisser cette tension. On utilise un transformateur abaisseur (12V AC). Ce 12V AC est redressé par un pont de diodes pour obtenir ~12V DC. Ce 12V DC est ensuite régulé par le 7805. On peut mapper la tension de sortie du module entre 0 et 5V via un diviseur de tension avec résistance variable. En variant le potentiomètre, on obtient différentes tensions. On peut aussi utiliser un convertisseur 12V vers 5V.

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Module Ampli-op

C'est la partie principale où se fait la comparaison de tensions. Comme ce disjoncteur protège contre les surtensions hautes et basses, les deux cas sont traités avec leurs circuits individuels se connectant au circuit principal aux points étiquetés.

L'ampli-op est utilisé en mode différentiel comme comparateur de tension. Il donne une sortie haute ou basse après comparaison des tensions à deux de ses bornes. Les tensions seuils (limites haute et basse) peuvent être réglées via des réseaux de résistances.

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Module Relais

Maintenant que l'ampli-op est alimenté et fonctionne, il faut gérer la suite après la détection d'une surtension haute ou basse par le disjoncteur électronique.

La surtension est détectée par le module ampli-op. Selon sa sortie, le relais sera déclenché. Quand les deux sorties des ampli-op sont hautes, le relais se déclenche et la charge AC est connectée directement au secteur. Une résistance de 1kΩ supplémentaire limite le courant.

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