Réaliser un doubleur de tension fiable avec un timer 555 – Schéma étape par étape

Comment réaliser un circuit doubleur de tension de base ?

Comme son nom l'indique, cet article aide à concevoir un circuit dont la tension de sortie est le double de la tension d'entrée. Exemple : 10V en entrée → 20V en sortie.

C'est l'un des nombreux circuits de conversion de tension, mais une méthode peu coûteuse et plus efficace pour doubler une tension qu'un transformateur encombrant et parfois peu pratique pour les petites applications.

Ces circuits utilisent des condensateurs pour stocker l'énergie et sont une forme de circuit redresseur. Les diodes de commutation sont généralement des diodes, moins coûteuses qu'un MOSFET ou BJT.

Le doubleur de tension appartient à la famille des multiplicateurs de tension. Nous allons apprendre à réaliser un doubleur de tension avec un timer 555 et autres composants, avec leur description.

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Schéma du circuit doubleur de tension

Raccordez les composants exactement comme sur la figure ci-dessous.

Composants requis

1. CI Timer 555
2. Diodes – 1N4007
3. Résistances – 10 kΩ et 33 kΩ
4. Condensateurs – 22 µF et 0,01 µF
5. Une alimentation

Timer 555

Le CI 555 est un circuit intégré utilisé dans de nombreuses applications de temporisation, génération d'impulsions et oscillateurs. Introduit en 1972, il reste très utilisé pour son prix très bas et sa stabilité. Voici son brochage :

Broche n°	Nom	Fonction
1	GND	Référence de masse
2	TRIG	Contrôle la sortie
3	OUT	Pilotée à ~1,7V sous Vcc ou à la masse
4	RESET	Réinitialise un intervalle de temporisation
5	CTRL	Accès au diviseur de tension interne
6	THR	Seuil d'arrêt de la temporisation
7	DIS	Collecteur ouvert pour décharger le condensateur
8	VCC	Alimentation positive

Trois modes de fonctionnement : bistable, monostable, astable.

• Bistable : 2 états stables (bas/haut) contrôlés par reset et activation des entrées.
• Monostable : Génère une seule impulsion sur déclenchement.
• Astable : Produit une impulsion continue à fréquence précise selon les 2 résistances et condensateurs externes.

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Diode 1N4007

La 1N4007 est une diode redresseuse à jonction PN. Elle ne laisse passer le courant que dans un sens. Applications : diodes de roue libre, redressement général alimentations, onduleurs, convertisseurs, etc.

Broche n°	Nom	Polarité
1	Anode	+
2	Cathode	-

Comprendre un composant passe par ses caractéristiques électriques :

Paramètre	Valeur	Unité
Tension directe à 1,0 A	1,1	V
Courant inverse à 25°C	5	µA
Capacité totale à 1,0 MHz	15	pF
Courant inverse max à charge pleine 75°	30	µA
Courant direct redressé moyen	1	A
Tension inverse crête répétitive	1000	V

Caractéristiques de la 1N4007 :

• Faible courant de fuite
• Faible chute de tension directe
• Forte capacité de crête en direct

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Applications majeures de cette diode en systèmes embarqués :

1. Convertisseurs
2. Commutation en systèmes embarqués
3. Applications diodes de roue libre
4. Onduleurs
5. Redressement général alimentations
6. Protection contre courant inverse (Arduino, PIC, etc.)

Fonctionnement du circuit doubleur de tension

Le circuit fonctionne en deux parties complémentaires. La première partie (timer 555) travaille en mode astable pour générer une onde carrée. La seconde partie (2 condensateurs, 2 diodes) double effectivement la tension.

Le 555 en mode astable multivibrateur génère une onde carrée ~2 kHz avec 2 résistances et 1 condensateur. Quand la broche 3 du 555 est à l'état BAS, la diode D1 est polarisée en direct → charge le condensateur C3 directement depuis l'alimentation → C3 se charge à la tension d'entrée.

Quand l'impulsion du 555 passe HAUT, broche 3 = HAUT. D1 se retrouve polarisée en inverse → bloque la charge de C3 (chargé à ~tension d'alimentation). D2 devient polarisée en direct → charge C4 via deux chemins : l'énergie stockée dans C3 (chargé à la tension d'alimentation) + alimentation directe. C4 se charge donc au double de la tension d'entrée.

En théorie, la sortie = 2 × entrée. En réalité, charge/décharge des condensateurs n'est pas sans pertes, l'énergie n'est pas entièrement transférée, la charge n'est pas idéale.

Avec 5V en entrée, la sortie mesure ~8,7-8,8V au lieu de 10V théoriques.

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Inconvénients

Bien que simple pour doubler une tension faible, le circuit a des inconvénients :

1. Courant de sortie < 50 mA. Ne peut piloter que des applications très faible courant.
2. Sortie généralement instable (charge/décharge condensateurs + diodes). Un régulateur (ex: 78xx) peut lisser la sortie, mais consomme du courant → calculs et ajustements nécessaires pour ne pas dépasser la limite de courant.

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Précautions

1. Limites du 555 : tension d'entrée entre 3V et 12V. Hors cette plage → risque endommagement composants.
2. Le circuit ne donne pas la tension double immédiatement à la mise sous tension : il faut un temps de stabilisation (charge/décharge condensateurs).
3. Courant de charge ne doit pas dépasser une valeur selon le circuit (généralement 50-70 mA).
4. Condensateur C4 chargé au double de la tension d'alimentation → sa tension nominale doit être ≥ 2× tension d'entrée (contrairement aux autres condensateurs ≥ tension d'alimentation).
5. Les temps de charge/décharge des condensateurs varient de façon erratique → mesures exactes difficiles. Pertes d'énergie inhérentes. Sortie avec 5V entrée ≈ 8,7V ; avec 12V entrée ≈ 18-20V.

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