Alimentation variable haute performance : Tension et courant réglables, sortie stable pour laboratoire et industrie

Une unité d'alimentation idéale doit comporter un circuit d'alimentation à tension et courant variables. Cette propriété est cruciale pour les usages courants en laboratoire et les applications nécessitant une régulation de tension AC.

Un régulateur de tension avec limites de courant manipulables facilite la génération du courant de sortie souhaité.

Pour cette raison, nous examinerons les façons de créer un circuit d'alimentation variable. Nous verrons aussi les méthodes simples de régulation de la tension de sortie et les caractéristiques du circuit.

Lisez la suite pour une élaboration complète sur ce circuit et le fonctionnement d'un régulateur de tension ajustable.

Caractéristiques du circuit

Voici une liste de caractéristiques d'un système de contrôle de tension variable :

1. Large plage de tension d'alimentation ajustable : plusieurs gammes 0-30 V, 0-60 V, ou 0-100 V. Courant de charge ajustable de 500 mA à 10 A. La tension de sortie minimale dépend des préférences de l'utilisateur.
2. Le circuit n'est pas sujet aux courts-circuits, surtout avec dissipateurs thermiques connectés.
3. Pas de tension de ripple : ripples < 1 Vpp.
4. Courant stable à l'étage de sortie. Le circuit filtre les alimentations AC en courant continu.
5. Le circuit ne souffre pas de surcharge.
6. Affichage de court-circuit sous forme de LED.

Conception du circuit

Examinons les différents designs de régulateur de courant variable. Il existe plusieurs designs, nous les analyserons en profondeur.

Utilisation du transistor 2N3055

Voici le schéma de ce circuit.

Comme on le voit, c'est typiquement une unité d'alimentation stable offrant les caractéristiques listées.

Les présélections (presets) créent les variations de tension via une configuration de rétroaction par les transistors, résistances et diodes.

Sur le diagramme, identifiez la diode D1. Elle abaisse le courant jusqu'à 0,6 V, sa chute de tension directe.

Si vous cherchez une tension constante inférieure à 0,6 V ou autre valeur, remplacez D1 par une diode Zener donnant la valeur souhaitée. Vous contrôlerez la limitation de courant en choisissant la diode idéale.

Le transformateur a une plage de 0 à 40 V. La tension de sortie ajustable sera de 0,6 V à 40 V. Pour des alimentations de qualité, votre transformateur doit avoir la plage de sortie désirée.

Notez que le transistor fonctionne comme limiteur de courant. Utilisez le bon pour obtenir le courant de sortie maximal souhaité.

Pour un design PCB, voici les composants à assembler :

• Transformateur 0-40 V
• Deux condensateurs 1000 µF/50 V
• Quatre diodes 1N5402
• Une diode 1N4007
• Deux transistors BC547B
• Un transistor 2N3055
• Résistances
• Fil 5 watts

Utilisation des transistors 2N3055 et 2N2222

On peut utiliser les 2N3055 et 2N2222 ensemble pour améliorer le circuit. Un point fort : large plage de sortie, fournissant un courant constant de 0,1 à 50 V. Donc régulation de charge efficace.

Le circuit a aussi une perturbation de sortie minimale. L'alimentation simple a une large plage de sortie, facilitée par un circuit intégré.

On peut améliorer encore la plage en ajoutant un transistor en série avec le CI et le transistor de passage série.

Utilisation du LTC3780

Ce circuit, comme le précédent, délivre une sortie ajustable 0-30 V. Il a un limiteur de courant de sortie électronique contrôlant la plage de courant délivrable. Utile pour alimentation de laboratoire.

On peut augmenter le courant à une valeur max sans craindre pour la sécurité des composants. La fonction variable facilite l'alimentation selon les specs du circuit.

Spécifications techniques :

1. Tension d'entrée : 24 VAC
2. Courant d'entrée max : 3 A
3. Plage tension sortie : 0 à 30 V max
4. Courant sortie ajustable : 2 mA à 3 A
5. Ripple tension sortie : max 0,01 %
6. Dimensions PCB idéales : 123 mm × 85 mm

Utilisation du LM317T

Dans ce circuit, le LM317T fonctionne comme régulateur de tension positif fournissant diverses tensions DC. Sans régulateur, le circuit fournirait une alimentation fixe. L'ajout du CI permet une large plage de tensions de sortie.

Le régulateur crée une tension variable de 1,25 V à environ 30 V max.

Il a aussi une propriété de limitation de courant et un arrêt thermique. Donc pas de court-circuit facile. Utilisable pour alimentation basse tension.

Déterminer la tension de sortie est facile : il faut les tensions des deux résistances de rétroaction qui créent un diviseur de potentiel à la sortie.

Circuit alimentation tension et courant variables – Comment créer le circuit ?

Pour circuits électroniques à plage de tension variable, vous aurez besoin des composants suivants :

• Convertisseur de tension ajustable. Idéalement, un LTC3780.
• Potentiomètre numérique ou ampèremètre
• Deux potentiomètres linéaires 500 kΩ et 200 kΩ
• Un CI 7805
• Adaptateur 12 V 3 A
• Deux condensateurs 100 µF et 10 µF
• Diode redresseuse
• Interrupteur courant continu
• Dissipateur thermique (heat sink)
• Plusieurs blocs de bois
• Carte PCB
• Feuille acrylique 4 mm
• Assez de fils
• Connecteur DC Jack 2,1 mm

Outils nécessaires pour l'assemblage :

• Superglue forte
• Scie à main
• Peinture en bombe couleur préférée
• Fer à souder
• Papier de verre
• Pistolet à colle
• Ruban de masquage
• Outil rotatif et perceuse

Comment assembler le circuit

En quelques étapes simples, assemblez le circuit :

1. Tracez des lignes sur la feuille acrylique pour marquer les découpes. Coupez le long des lignes.
2. Marquez emplacements potentiomètre, passage d'air, prise, ventilateur DC. Découpez ces zones avec l'outil adapté.
3. Poncez la feuille acrylique. Décollez le film protecteur. Poncez efficacement jusqu'à surface plane.
4. Fixez les feuilles sur les bords. Appliquez colle sur les côtés et assemblez. Les dessins précédents guident le processus.
5. Peignez les feuilles. Appliquez une fine couche de votre couleur. Noir idéal, mais choix libre.
6. Fixez les pièces acryliques supplémentaires. Essentielles pour la fixation des vis.
7. Fixez panneaux avant et arrière. Appliquez superglue, placez vite les panneaux avant séchage.
8. Montez les composants. D'abord interrupteur DC, puis ventilateur DC avec vis. De même pour les autres pièces.

Contrôle de température dans le circuit

9. Soyez vigilant sur la température de l'alimentation. Connectez dissipateur et ventilateur. Le convertisseur LTC3780 devrait avoir un dissipateur intégré. Pour améliorer l'efficacité, ajoutez-en un.
10. Remplacez le potentiomètre intégré par un potentiomètre linéaire. Remplacez le potentiomètre d'ajustement (trimmer) par le linéaire en soudant aux mêmes points.
11. Connectez les fils pour finaliser le circuit.

Conclusion

En résumé, nous vous avons fourni une explication détaillée du fonctionnement d'un circuit d'alimentation à tension et courant variables. Nous avons aussi élaboré comment créer un circuit simple avec des composants faciles à assembler.

Nous sommes là pour vous aider si vous avez des questions sur le circuit. Contactez-nous et visitez notre blog pour plus d'infos sur les circuits.