Comment faire un convertisseur CA CC

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Le courant alternatif (CA) est utilisé dans la transmission de l'énergie électrique sur lignes métalliques de longues distances en raison des caractéristiques liées à sa forme d'ondes et à sa fréquence de récurrence qui permettent d'éviter des pertes en ligne. Abaissé à sa tension d'exploitation publique (230 à 240 volts), Il sert principalement à alimenter les équipements électriques de puissance ne nécessitant qu'une faible régulation, comme le chauffage, l'appareillage électrique et l'éclairage. Les matériels électroniques de faible puissance ont besoin d'une tension continue stable et régulée. L'alimentation électrique domestique se faisant au moyen d'une tension alternative, celle-ci doit être abaissée redressée et enfin régulée.

Étapes

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Choisissez un transformateur. Ce composant est constitué de deux enroulements indépendants et électriquement isolés faits de fil de cuivre émaillé couplés magnétiquement sur un « entrefer ». Un de ces enroulements est appelé le « primaire » et devra être alimenté par la tension alternative du secteur ou 240 volts CA. L'autre enroulement, appelé « secondaire », constituera le générateur de basse tension d'un convertisseur CA-CC. Ce transformateur ainsi que les autres éléments nécessaires à la construction de votre convertisseur sont facilement disponibles dans n'importe quel magasin de vente de composants électroniques ou de loisirs technologiques.
- Dimensionnez les enroulements du transformateur. Le transformateur a pour fonction d'abaisser la tension secteur à un niveau acceptable pour vos montages. La tension « secteur » alimentant votre foyer est de l'ordre de 230 à 240 volts CA. Si elle était directement convertie en tension continue, cette dernière serait beaucoup trop élevée pour alimenter vos équipements électroniques. Le rapport du nombre de spires entre les enroulements primaires et secondaires du transformateur déterminera la tension CA délivrée sur son secondaire. En clair, cela signifie que si vous alimentez votre transformateur en 240 volts CA, l'enroulement du secondaire devra comporter 20 fois moins de spires que celui du primaire pour délivrer 12 volts CA. Notez que les enroulements primaire et secondaire sont électriquement isolés l'un de l'autre, ce qui constitue une mesure de sécurité non négligeable pour l'utilisateur du montage alimenté de cette manière.
- Choisissez la tension délivrée au secondaire du transformateur. La tension alternative du secondaire du transformateur doit être légèrement supérieure à celle que vous voulez obtenir de votre convertisseur CA-CC, eu égard aux ondulations résiduelles après filtrage ainsi qu'à la nécessité d'une tension minimum d'attaque du régulateur que vous choisirez. Si vous prévoyez une tension continue de 12 volts en sortie de votre convertisseur, un transformateur 240/15 volts CA constituera un choix correct.
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Branchez l'enroulement primaire du transformateur. Celui-ci n'ayant pas de polarité, il peut être connecté dans n'importe quel sens. Prévoyez de câbler un fusible et un interrupteur lorsque vous mettrez ce montage dans un boitier.
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Connectez l'enroulement secondaire du transformateur. La tension alternative issue du secondaire du transformateur devra être « redressée », filtrée puis régulée. Vous devrez utiliser un redresseur « double alternance » de type « pont de Graetz ». Ici encore, vous n'avez pas à vous soucier de la polarité à respecter tant au niveau du secondaire du transformateur que de l'entrée du pont redresseur.
- Réalisez un pont de redressement double alternance. Bien qu'un pont monolithique sera des plus économiques, vous pourrez en monter un très simplement au moyen de quatre diodes discrètes classiques dont le type sera essentiellement fonction du courant devant être débité par votre convertisseur. Le marquage de ces composants est constitué d'un anneau placé à l'une de ses extrémités. Cette broche ainsi repérée est la « Cathode », symbolisée sur les schémas par la lettre « K », l'autre étant appelée « Anode » et sera identifiée par la lettre « A ». La diode se comporte à peu près comme une valve pneumatique : le courant passera dans le sens Anode–Cathode uniquement et il faut que la tension présentée à l'anode soit supérieure d'au moins 0,7 à 1 volt à celle de la cathode pour que la diode commence à conduire. Connectez entre elles les anodes de deux diodes, puis les cathodes des deux autres diodes. Vous obtenez ainsi deux « demi-ponts » : le point commun entre les deux anodes sera la sortie négative du pont. Le point commun entre les deux cathodes sera la sortie positive. Joignez ensuite une anode et une cathode de chaque demi-pont pour obtenir une jonction d'entrée de tension alternative. Répétez l'opération avec les deux dernières broches restées libres (une anode et une cathode) pour boucler votre pont redresseur et obtenir la seconde jonction d'entrée de tension alternative.
- Connectez le pont redresseur au secondaire du transformateur. L'enroulement secondaire du transformateur devra être connecté aux deux jonctions cathode-anode du pont redresseur discret. Il n'est pas nécessaire de tenir compte de la polarité du montage à ce stade. Sur un pont monolithique, ces entrées sont identifiées par les symboles « ~ ». La sortie positive « + » du pont redresseur se fera sur la jonction cathode-cathode. La sortie négative « - » se fera sur la jonction anode-anode. Notez que les sorties du pont redresseur sont polarisées.
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Placez un condensateur de filtrage. Celui-ci doit être placé entre les bornes de sortie positive et négative du pont redresseur. Sans ce condensateur, la sortie du pont serait une tension « pulsée » à la fréquence de 100 Hz et inutilisable sous cette forme. Pour obtenir une tension continue propre, il faut mettre en place un condensateur de filtrage qui aura pour rôle de « lisser » la tension de sortie du pont afin d'attaquer le régulateur final. Il existe une formule pour calculer La valeur exprimée en « farads » du condensateur de filtrage : cette valeur est égale à I / (Vres*2*F où I est le courant débité par le convertisseur, Vres la tension d'ondulation résiduelle admissible et F la fréquence de la tension du secteur (50Hz).
Vous pourrez obtenir davantage de renseignements à ce sujet sur ce site.
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Procurez-vous le régulateur de sortie du convertisseur. Choisissez un régulateur de tension monolithique correspondant à la tension de sortie dont vous avez besoin. Les régulateurs de la famille 78XX sont les plus connus et peuvent délivrer un courant de l'ordre de 1 ampère s'ils sont correctement refroidis. Ils sont fabriqués par un grand nombre de marques et facilement identifiables. Les tensions de sortie sont indiquées par les deux derniers chiffres de leur type : un LM7812 fournira une tension positive de 12 volts à sa sortie. Ces composants sont facilement disponibles et très peu chers. Ces régulateurs sont dotés de 3 broches : une entrée, que vous connecterez à la jonction cathode-cathode du pont redresseur, une masse et une sortie. La masse devra être connectée à la jonction anode-anode du pont redresseur ainsi qu'à la borne négative de sortie du convertisseur. La broche de sortie du régulateur sera connectée à la borne de tension positive de votre convertisseur. Bien que dotés de sécurités internes, il est préférable que ces régulateurs soient refroidis par un dissipateur thermique.
- Câblez le régulateur selon les indications du fabricant. Ces indications sont données dans la description technique ou « Data Sheet » que vous pourrez télécharger librement sur Internet. Les régulateurs de tension pouvant être soumis à un échauffement, il est fortement recommandé de le placer sur un dissipateur thermique convenablement dimensionné. La puissance à évacuer en chaleur par le régulateur est le produit du courant débité et de la différence entre la tension d'attaque du régulateur et celle de sa sortie Pth = Iout x (Vin-Vout) où Pth est la puissance thermique, Iout le courant de sortie, Vout la tension de sortie et Vin la tension d'attaque du régulateur. Si vous alimentez un régulateur de 12 volts par une tension non régulée de 18 volts et que votre convertisseur débite 1 ampère, la puissance thermique devant être libérée sera de 6 watts. C'est pourquoi les fabricants de composants mettent une patte de refroidissement qui doit être vissée sur un dissipateur thermique ou sur le boitier métallique de votre convertisseur. Il sera nécessaire aussi de placer de petites capacités de suppression de bruit entre ses broches d'entrée, de sortie et la masse du circuit. Ces petits condensateurs, dont la valeur est de l'ordre de 100 nF doivent être placées le plus près possible du corps du régulateur pour être effectifs. Vous obtiendrez plus de détails à ce sujet dans la description technique du régulateur.
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