Présentation
Alimentation secteur sans transformateur
La présente page décrit une méthode permettant d’obtenir une basse tension à partir du secteur 230V, et de calculer et de déterminer les composants.
Il est vrai que parfois on ne comprend pas toujours comment passer de l’alternatif en continu.
Prenons un exemple, on voudrait alimenter sous un courant absorbé de 25mA un système qui consomme 10V continu sans passer par un transformateur mais juste en utilisant des composants passifs.
Voila le montage :
A partir du montage ci-dessus nous allons calculer tous les composants qu’ils faudra ajouter pour avoir 10V pour 25mA sur notre résistance R.
Redressement de tension :
Dans un premier temps il faut redresser la tension, oui mais quoi utiliser (pont de diode double ou simple alternance, pourquoi ne pas mettre un régulateur de tension ….), et bien essayons de comprendre comment la résistance voit la tension à ses bornes. Lorsque l’alternance est positive la tension aux bornes de la résistance est positive, et lorsque l’alternance est négative elle voit aussi une alternance négative à ses bornes. Plaçons la diode D1 de type 1N4007, j’ai d’ailleurs choisi cette diode non pas pour le plaisir mais car elle peut supporter une tension inverse de 1Kv pour 1A., ce qui est suffisant pour notre montage qui ne demande que 25mA et concernant la tension inverse qui n’est que de 230*racine de 2 (tension crête).
Revenons à ce que nous disons, la diode est placée comme ci-dessous.
Elle permet de récupérer que les alternances positives, mais la tension aux bornes de la résistance est de 230-0.7=229,3V toujours trop importante.
Il faut donc trouver un moyen de diminuer cette tension et aussi « régler » le courant qui traverse la résistance à 25mA.
Mise en place d’un condensateur de ligne :
Un condensateur sur la ligne de la phase va permettre de diminuer le courant et aussi la tension, pour être clair l’impédance du condensateur qui varie en fonction de la fréquence va augmenter ou diminuer.
Le réseau utilisé est de 230V alternatif sous une fréquence de 50Hz, et que nous voulons un courant de 25mA cela donne I=U/Zc avec Zc =1/(C*2*pi*f) avec pi=3,14
La tension aux bornes du condensateur ce situe en 230V et 22,21V, (heuu.. !! pourquoi 22,21V), tous s’explique…
Nous avons redressée la tension ainsi la valeur moyenne doit être de 10V et la valeur efficace pour un redressement simple alternance est de Umax/racine 2=Umoyen*pi ce qui donne Ueff=(Umoy*pi)/racine 2=(10*3,14)/racine de 2=22,21V.
Alors je disais que le condensateur voyais une tension efficace entre ses bornes de 230V et 22,21V soit Uc=(230-22,21)=207V efficace !!!!
Si nous voulons un courant de 25mA cela donne Z=Uc/I=207/0.025=8311ohms
La valeur du condensateur est de Zc=1/C*2*pi*f ce qui donne C=1/(2*pi*f*Zc)=1/(2*3,14*50*8311)=382nF la valeur de notre condensateur C=382nF
La tension aux bornes de la résistance R=22,21V pour un courant de 25mA cela donne une résistance de R=22,21/0.025=888,4 ohms.
Ce qui nous donne :
Regardons attentivement le montage est essayons de comprendre le condensateur. Lorsque le tension est déchargé il correspond à un fil ainsi la tension qui va être aux borne de notre résistance sera de 230V efficace, effectivement à la mise en marche du montage électronique le condensateur étant déchargé il va y avoir une pointe de courant au moment ou on met sous tension la résistance R
La résistance R1 limite l’appel de courant quand le condensateur est déchargé. Sa valeur doit être déterminée en fonction de la capacité du condensateur et de la pointe de courant que l’on accèpte, mais de manière générale, on estime que sa valeur doit être de l’ordre de
R = 3 / I (c’est une formule déterminée de façon empirique)
avec R en ohms et I en ampères
Exemple
Si I max = 25 mA (0.025 A), alors
R = 3 / 0.025 = 120 ohms
Mise sous tension
Mettons l’ensemble sous tension, pas de tension sur R rien ne fonctionne…..
Essayons d’analyser le montage à la première alternance on alimente la résistance R, sous un courant I=25mA et sous une tension de 22,21V OK, mais en ce qui concerne l’alternance négative elle est bloqué OK, on recommence le procéder alternance positive, on alimente la résistance R etc….
Enfaite la résistance ne voit que les alternances positive mais le condensateur lui ne fonctionne que dans un seul sens , il ce charge que dans un sens mais ne ce décharge jamais enfaite la tension ne ce trouve pas sur R mais sur le condensateur C1,effectivement le condensateur ne pouvant jamais ce décharger il ce charge sous une tension de 230V efficace alternatif pour atteindre la tension maximum de la source soit la tension crête de 230*racine de 2=325V environ (en espérant que le condensateur tienne le choc).
Mise en place d’une diode:
Bon maintenant il faut trouver un moyen pour que le condensateur ce décharge, et pour qu’il ce décharge il faut inverser la polarité et vue que nous somme en alternatif c’est très simple.
Remarque : En continu si on applique une tension positive sur une patte (A) de notre condensateur et une tension nul sur l’autre patte (B) du condensateur celui-ci va se charger, maintenant si nous inversons l’alimentation du condensateur il va se décharger subitement (la patte A à un potentiel nul et la patte B à un potentiel positif).
Il en est de même pour notre montage électronique, le faite que l’alternance soit toujours positive sur la patte du condensateur, comment ce comporte l’autre patte de notre condensateur c’est-à-dire l’anode de la diode D1.
Une réflexion doit être faite
Lorsque le potentiel A est à son maximum (alternance positive) le condensateur lui suis la tension, par rapport au neutre (neutre= 0V), il en résulte qu’un courant circule entre le potentiel A et le neutre ainsi la diode D1 est passante et ça chute de tension est d’environ 0,7V, ce qui veut dire que le potentiel B est à 0,7V. Lorsque le potentiel A diminue jusqu’à 0V le condensateur qui est chargé à la tension maximum (324,3V) ne peut ce décharger ce qui veut dire que le potentiel B (anode de D 1) est égale à 0,7V.
Explication : 230*racine de 2 moins la tension aux bornes du condensateur soit 324,3V, le potentiel B est égale à 0,7V (325-324,3=0,7V)
D’autre part, la diode D1 conduit tant que le potentiel B est positif >0,7V (seuil de la diode D1) par rapport au neutre.
Maintenant le potentiel A (toujours par rapport au neutre) ce situe à 324,2V le potentiel B ce situe à un potentiel de (324,2-324,3 = -0,1V) (les 324,3V correspond à la charge du condensateur et celui-ci reste chargé), dans ce cas la tension sur le potentiel B va commencer à passer en dessous de la tension de seuil de la diode D1, la diode D1 sera bloqué et aucun courant ne pourra circuler.
Et maintenant quand le potentiel A ce situe à une tension de -325V (alternance négative) par rapport au neutre, le potentiel B ce situe à un potentiel de -325-324,3 (pareil le condensateur est chargé à 324,3V) soit environ -650V, c’est pour cela que la tension inverse de la diode doit pouvoir supporter une tension maximum inverse de 650V.
La diode 1N4007 peut supporter jusqu’à 1kV elle est donc parfaitement dimensionner.
La courbe en bleu correspond à la charge du condensateur.
Avec toutes ces explications, il faut trouver un moyen pour décharger le condensateur C1, pour cela nous allons insérer une diode D2 entre la patte de l’anode et le condensateur C1 (cathode reliée), et il faut relier l’anode de D2 au neutre.
Comment ça marche ?
On reprend, lorsque le potentiel A est positif le condensateur va donc ce charger à travers cette tension par rapport au neutre.
Maintenant lorsque le potentiel A va devenir négatif par rapport au seuil de la diode D2, la diode D2 sera donc passante (l’anode étant relié au neutre et que la cathode ce trouve à un potentiel négatif), ainsi le condensateur va changer de polarité nous allons appliquer une tension négative au potentiel B, et cette fois-ci le courant va circuler du neutre à la source de tension, le courant change de sens et le condensateur devient récepteur.
Régulation de tension pour avoir 10V sous 25mA
Avec tous ces calculs on obtient donc un redressement simple alternance aux bornes de la résistance R.
La tension appliquer au borne de la résistance R est de 22,21V efficace soit environ Umax=UcMAX=31,40V efficace crête pour un courant absorbé de 25mA.
Pour lisser la tension et avoir une tension d’environ 10V il faut donc calculer le condensateur à mettre en parallèle sur notre résistance R.
Remarque : j’insiste bien sur le terme efficace car si nous calculons la valeur du condensateur il fat prendre les valeurs efficaces UcMAX=31,40V efficace Uc(aux bornes de R)=22,21V efficace
Ic=C(dUc/dt), (voir =>Calcul du condensateur de filtrage )
alcul du condensateur de filtrage)
C=(0.025*0.02)/(31,40-10)=23,3µF => erreur nous avons soustrait une valeur efficace avec une valeur moyenne attention !!!
C=(0.025*0.02)/(31,40-22,21)=53,1µF => c’est beaucoup mieux « on ne mélange pas les torchons avec les serviettes !!! »
