ETUDE ET RÉALISATION D’UNE ALIMENTATION SECTEUR

 Introduction

Les circuits et par conséquent les appareils électroniques sont généralement alimentés par des sources de tension continue et basse. Les circuits logiques TTL ont besoin d’une tension de +5V et les amplificateurs opérationnels fonctionnent souvent sous des tensions de +15V et-15V. Quant aux transistors, ils sont souvent alimentés par des tensions de 9,12V ou 24V.Lorsqu’il s’agit d’une faible consommation du circuit, on peut se contenter d’une pile ou d’accumulateur, mais dès que le débit est un peu plus élevé, on préfère une alimentation à partir du secteur. Cependant, le secteur étant une tension alternative de 220V, il faut recourir à une conversion de la tension du secteur en une tension basse et continue.Cette conversion est assurée par une alimentation stabilisée qui est composée d’un transformateur, d’un redresseur, d’un filtre et d’un stabilisateur. Nous allons d’abord étudier les différents composants d’une alimentation puis, réaliser et simuler cette alimentation stabilisée.

Eléments constitutifs d’une alimentation

Le transformateur

Un transformateur est un appareil statique à induction qui sert, d’une part à isoler les équipements du secteur et d’autre part à transformer la tension alternative du secteur en une tension alternative plus basse ou plus élevée. Dans le cas de notre alimentation, comme la plupart du temps, le transformateur devra abaisser la tension.Le transformateur représenté schématiquement à la figure I-1 est constitué d’un bobinage primaire alimenté par le secteur en 220V et d’un bobinage secondaire qui va fournir la tension transformée +12V ou -12V. Les deux enroulements sont enroulés autour d’un circuit magnétique en fer. Le bobinage primaire induit un champ magnétique alternatif dans le circuit magnétique et ce dernier induit un courant dans l’enroulement secondaire. Les tensions primaires et secondaires dépendent du nombre de spires des enroulements.

Le redresseur en pont de Graetz

Le pont de Graetz ou pont de diodes est constitué de quatre diodes identiques (figure I-2). La Diode est un composant qui présente deux états : passant ou bloqué. Une diode passante est parcourue par un courant alors qu’une diode bloquée n’est pas traversée par aucun courant.On constate, en effet, que le courant dans une diode ne peut circuler que dans un sens. Cette Propriété des diodes est utilisée pour redresser le courant alternatif dans les alimentations.Le redressement consiste à transformer le signal alternatif du secteur en un signal unidirectionnel. Cette transformation est assurée par les quatre diodes notées D1, D2, D3 et D4(figure I-2), qui forment un « pont de Graetz « .Figure I-2:Redresseur en Pont de Graetz avec charge résistive [1].Quand la tension d’entrée est positive alors les diodes D2 et D4 sont passantes et le courant circule dans la charge R tandis que les diodes D1 et D3 sont inversement polarisées et sont donc bloquées. Par contre, lorsque la tension d’entrée est négative, les polarisations sont inversées alors les diodes D2 et D4 sont bloquées et les diodes D1 et D3 conduisent. Ainsi, on retrouve une double alternance aux bornes de la charge. Si la borne négative (positive) du pont à diodes est reliée à la masse, on obtient une double alternance positive (négative),figure-3.a (figure I-3.b), ce qui correspond à une alimentation positive (négative).Figure I-3: Allure de la double alternance positive (a) et négative (b) avec charge résistive .

Condensateur de Filtrage

La tension redressée, à la sortie du pont de Graetz, présente une importante ondulation.Cependant, la question qui se pose c’est comment éliminer ou réduire considérablement cette ondulation ? La solution c’est d’intercaler un condensateur de filtrage entre le pont de diodes et la charge (figure I-4). En effet, ce dernier se charge sous la tension de crête à la mise sous tension puis se décharge périodiquement dans la charge (figure I-5). Après filtrage la tension présente encore une légère ondulation qui devra être régulée.Figure I-4:redresseur et filtrage avec charge résistive [1].Figure I-5:Allure de la tension redressée et filtrée avec charge résistive.

Le régulateur

La tension à la sortie du condensateur de filtrage est bien continue mais présente encore une légère ondulation qui est source d’instabilité. Pour corriger cette instabilité et satisfaire à la demande de tension de sortie il faut compléter le montage par un stabilisateur, c’est le rôle du régulateur. Il existe des circuits intégrés destinés à la fonction de régulation de tension continue. Pour une alimentation double pouvant délivrer des tensions de +/-12V, les modèles choisis sont : 78L12 pour la branche positive et 79L12 pour la branche de tension négative

Réalisation, simulation et test de l’alimentation secteur

Présentation

Ce circuit (Figure I-7) dévoile l’utilisation du pont de diode constitué par les diodes D1 à D’4 qui permet de redresser la tension à la sortie du transformateur. Les condensateurs C1 et C2 servant au filtrage principal des tensions redressées. L’utilisation des régulateurs de tension classiques permet de stabiliser les tensions dont nous avons besoin. Ces régulateurs sont très pratiques, il suffit de choisir ceux dont la tension de sortie nous intéresse, et de leur appliquer une tension d’entrée un peu supérieure à cette tension de sortie. Pour notre réalisation, nous avons choisi des modèles positifs et négatifs pour obtenir les tensions de+5V (avec 7805) et de -5V (avec 7905). Les condensateurs C3 à C6 assurent le lissage des ondulations résiduelles de la tension à la sortie des régulateurs, et l’éclairement des LED1 et LED2 indique que l’on a bien une tension continue et basse aux sorties des régulateurs.Figure I-7: Schéma électrique d’une alimentation symétrique.L’enroulement primaire du transformateur doit être connecté au secteur et le secondaire raccordé aux bornes du pont de Graetz. L’utilisation d’un transformateur avec secondaire à point milieu ou à deux secondaires séparés, qui seraient de toute façon connectés avec un point commun pour la masse, est due au besoin de deux tensions symétriques de +5V et -5V.Le fusible placé en amont est un dispositif de sécurité contre la surtension et par conséquent le court-circuit.

Simulation

Nous avons effectué la simulation du circuit de l’alimentation à l’aide du logiciel de simulation « Circuit maker ». En relevant la tension en différents point du circuit, nous tînmes les oscillogrammes illustrant le fonctionnement de l’alimentation représentés ci dessous :Relevés de la tension du secteur et de celle abaissée :Ces oscillogrammes (figure I-8) indiquent que la tension 220V alternative (figure I-8.a) est abaissée jusqu’à 10.1V alternative (figure I-8.b). La tension abaissée garde la même forme et la même fréquence que celle du réseau électrique soit 50 kHz.Figure I-8: Relevés de la tension du réseau électrique et celle abaissée.relevés des tensions aux bornes positive et négative du pont de Graetz :Les résultats de la figure I-9 illustrent le redressement des alternances négatives vers celles positives (figure I-9.a) et le redressement des alternances positives vers celles négatives(figure I-9.b). Par conséquent, ces tensions sont unidirectionnelles et doublent en fréquence soit 100kH.