Réalisation d'une alimentation continue 15V

[Paul33000]

Bonjour à tous,

Dans le cadre de mon BTS je dois réaliser le projet suivant:

Voici l'intitulé:

L'objectif de ce projet est de réaliser une alimentation continue de 15 V délivrant une puissance maximale de 5W. On utilisera un transformateur 230 V/24V (fournit) pour abaisser la tension. Une LED rouge indiquera si la puissance maximale est atteinte. Vous utiliserez le circuit régulateur A8498 (Allegro).

Les différentes taches à réaliser sont les suivantes:

- Réalisation du schéma de principe
- Dimensionnement des composants
- Recherche des références
- Réalisation de l'alimentation

Voici le document fournit du régulateur: PDF

Je pense réaliser cette alimentation ainsi:

Alimentation depuis le réseau alternatif 230 V - 50 Hz.
Un transformateur abaissera la tension alternative de 230 V à 24 V.
Un pont redresseur PD2 (pont de Graetz) réalisera le passage de la tension alternative en continue.
Un condensateur en sortie du pont redresseur afin de lisser cette tension.
Le régulateur A8498 et à sa sortie un AOP comparateur pour l'alimentation de la LED.

Voici le schéma du circuit complet dessiné:


Voici le dimensionnement que j'ai réalisé pour le condensateur en sortie du redresseur PD2 servant de filtre capacitif:

Ueff = (UsortieTransfo x racine(2)) - 1.4 (1.4 correspond à la chute de tension dans le pont redresseur: 0,7 V/diode)
= 24 V x racine(2) - 1.4
= 32.53 V

Ucc = Ueff x Rcond
= 32.53 x 5%
= 1.62 V

Umoy = (Ueff - Ucc)/2
= (32.53 - 1.62)/2
= 15.45 V

C = I / (Ucc x fronf)
= 0.33 / (1.62 x 50)
= 4074 microF

Je choisis donc ici la valeur normalisé du condensateur: 4700 microF de la série E24.
Le condensateur devra également supporter une tension de service de 40 V minimum.

Le pont de diodes dépend de la tension de sortie crête du transfo et du courant maximum à délivrer en sortie.
Ici le courant I est de 0.33 A au maximum (P= U x I donc I = 5 / 15 = 0.33 A) et la tension du transfo de 24 V.

Je pense prendre un pont moulé (quatre diodes intégrées dans un unique boîtier à quatre pattes).
Pour le dimensionnement il me faut choisir un pont capable de supporter une tension de 24 V et un courant max de 0.33 A.

Alimentation de la LED lorsque la puissance max est atteinte:

Je pense utiliser un AOP comparateur de tensions.
Il faut comparer ici une tension de référence correspondant à une puissance de 5W à la tension en sortie de la charge.

Sur une entrée de l'AOP on aura la tension de référence de X V (correspondant à 5W).
Sur une seconde entrée la tension en sortie de la charge.

En sortie de l'AOP la tension qui alimentera la LED lorsque les 2 tensions comparées seront identiques.

Je dois également dimensionner les composants suivants en sortie du régulateur: R1, R2, ESR, L1 et Cout.
J'ai par contre du mal à comprendre leurs fonctionnements...

J'aimerais votre avis afin de savoir si ce que j'ai fais jusqu'à présent vous semble cohérent.
Merci par avance pour vos réponses
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[jiherve]

Bonsoir,
c'est une alim à découpage donc le courant consommé sur le transfo n'est pas celui fourni en sortie.
Comme là le buck va travailler en limite de ses caractéristiques minimales dans la zone où le rendement varie vite avec la charge il est difficile d'avoir une idée précise du rendement on peut cependant tabler sur environ 80%, il faut donc refaire les calculs en tenant compte de çà.
Pour l'indicateur de puissance max cela ne peut pas être un simple comparateur ou bien ce n'est pas la puissance que l'on désire mesurer.
Le pont de diode doit tenir plus de 24V !
JR

[Paul33000]

Bonsoir Jiherve et merci pour la réponse.

Je n'avais effectivement pas tenu compte du rendement du transformateur.
Je me suis mal exprimé, le pont de diode devra supporter une tension supérieur à 24 V.

Voici donc ci-dessous le nouveau dimensionnement du condensateur (filtrage capacitif) avec un rendement du transformateur à 80%:

Ueff = (UsortieTransfo x racine(2)) - 1.4 (1.4 correspond à la chute de tension dans le pont redresseur: 0,7 V/diode)
= ( (24 x 0,8) x racine(2) )- 1.4
= 25,75 V

Ucc = Ueff x Rcond
= 25,75 x 5%
= 1,29 V

Umoy = (Ueff - Ucc)/2
= (25,75 - 1.29)/2
= 12,23 V

C = I / (Ucc x fronf)
= 0.33 / (1.29 x 50)
= 5116 microF

La valeur normalisé du condensateur reste donc identique: 4700 microF de la série E24.

Pouvez-vous développer pour l'indicateur de puissance?

Merci

[jiherve]

Re
Avec une alim à découpage on a, de façon théorique :
Iin moyen = Iout*Vout/(Vin*rendement) donc ici Iin = 0,33*15/(25*0,8) = 0,25 A.
Pour l'indicateur de puissance stricto sensu c'est quelque chose qui dépendrait du produit Vout*Iout si donc Vout est régulé alors il faut mesurer Iout si par contre il s'agit de détecter le bon fonctionnement de l'alimentation (sortie power good) alors il faut mesurer Vout et un comparateur à fenêtre sera plus adapté, car il faut s'assurer qu'il n'y a ni sous tension ni surtension(ce cas est souvent oublié et c'est généralement fatal ).
JR

[A voir en vidéo sur Futura]

[bobflux]

Concernant le transfo,

En général un transfo spécifié pour par exemple "24V 12VA" va sortir 24V dans une charge résistive qui consommera 0.5A (parce que 0.5A * 24V = 10VA).

Mais, à vide, il sortira plus. Plus le transfo est petit, plus la résistance des enroulements est importante, donc plus la différence entre tension à vide et en charge est importante. Pour dimensionner la tension de service du condensateur de lissage post-redresseur, il faut bien tenir compte de la tension à vide du transfo !

Par exemple, je viens de faire une petite alim avec un transfo 2x12V 10VA. 12*1.414=17V, mais la tension à vide est de plus de 20V ! Le plus simple est de mettre un pont de diodes sur ton transfo et de mesurer la tension en sortie. Ensuite tu regardes la tension secteur, et considérant qu'elle peut varier, tu calcules la tension au secondaire maximum pour la tension secteur maximum.

Considérant qu'un condensateur de 40V utilisé sous 35V aura une durée de vie réduite, tu peux opter pour un condensateur de 50V par exemple. À voir.

Maintenant, la valeur du condensateur de lissage. Comme tu veux du +15 en sortie, tu vas regarder quelle tension minimum il te faut en entrée. Mettons que tu choisis 20V minimum.

Tu vas donc choisir ton condensateur pour que, à la charge max, la tension dessus ne descende jamais en-dessous de cette valeur. Ensuite tu rajoutes une marge de sécurité, bien sûr. Comme les condensateurs ne sont pas très chers, tu peux mettre le double. Je parie que tu vas arriver à 470µF, ce qui te donnera une ondulation de 4-5V sur le condensateur.

> Alimentation de la LED lorsque la puissance max est atteinte

On ne peut pas répondre à cette question avec les données de l'énoncé : il faudrait mesurer précisément le courant, la tension, calculer la puissance.... le plus simple est d'allumer la LED lorsque le régulateur ne parvient plus à réguler.

Un comparateur ne sert à rien si il n'a pas DEUX trucs à comparer ; on ne peut pas comparer un seul truc. Par conséquent, tu peux utiliser un TL431 avec 2 résistances à la place pour allumer une LED quand la tension de sortie est supérieure à 14.5V. Ajoute un transistor pour allumer la LED quand la tension est inférieure à 14.5V....