Alimentation de laboratoire dans un PC ( Réglable entre 1,2 et 15 volts )

 

Lorsque l’on veut essayer un montage relié au port série ou parallèle d’un PC et que celui-ci ne prélève pas son alimentation sur ce port, il est nécessaire d’amener à côté du PC une alimentation de laboratoire, de faire appel à des piles ou bien encore de réaliser une alimentation spécifique. Tout cela n’est pas très pratique alors que le PC dispose souvent en interne de tout ce qu’il nous faut, ou presque ! Je vous propose donc de réaliser une carte qui prend place dans votre PC mais ne s’enfiche pas sur les connecteurs de la carte mère, qui ne court ainsi aucun danger. Cette carte vous permet ensuite de disposer, depuis l’extérieur de votre PC, de n’importe quelle tension, fixe ou réglable entre 1,2 et 15 volts, sous un courant pouvant dépasser 1 ampère. Elle est évidemment entièrement protégée contre les courts-circuits et les échauffements excessifs et ne fait donc courir aucun risque à votre précieux (et souvent coûteux !) PC. 

 
Cette carte prélève son alimentation sur la tension de +12 volts de l’alimentation standard du PC destinée aux périphériques internes. Et comme cette tension ne permet de réaliser une régulation que jusqu’à 9 volts compte tenu de l’inévitable chute de tension dans le régulateur, je l'éleve jusqu’à près de 18 volts au moyen d’un régulateur de tension à découpage. En effet, il suffit de réaliser une alimentation à découpage de type « boost » pour disposer en sortie d’une tension plus élevée que la tension d’entrée. Le synoptique de cette alimentation adopte donc l’allure visible sur la figure ci-dessous.

  

La tension de +12 volts issue de l’alimentation du PC est élevée à près de 18 volts par un premier régulateur à découpage en montage « boost ». Elle est ensuite stabilisée à la valeur de votre choix, réglable de 1,2 à 15 volts, au moyen d’un classique régulateur linéaire. Ce dernier fait appel à un système de programmation de sa tension de sortie, par câble à résistance ou boîtier de télécommande externe, qui permettent de ne pas avoir à intervenir dans le PC pour régler la tension de sortie. La protection du PC est garantie par les deux régulateurs utilisés, tant celui à découpage que le régulateur linéaire, car ils sont protégés contre les courts-circuits et les échauffements excessifs.

La tension de +12 volts issue de l’alimentation du PC est élevée à près de 18 volts par un premier régulateur à découpage en montage « boost ». Elle est ensuite stabilisée à la valeur de votre choix, réglable de 1,2 à 15 volts, au moyen d’un classique régulateur linéaire. Ce dernier fait appel à un système de programmation de sa tension de sortie, par câble à résistance ou boîtier de télécommande externe, qui permettent de ne pas avoir à intervenir dans le PC pour régler la tension de sortie. La protection du PC est garantie par les deux régulateurs utilisés, tant celui à découpage que le régulateur linéaire, car ils sont protégés contre les courts-circuits et les échauffements excessifs.

Schéma de la carte

La tension positive de 12 volts provenant du PC passe par un fusible, ultime protection au cas où vous feriez vraiment trop souffrir l’alimentation. Elle arrive ensuite sur l’entrée de IC1 qui n’est autre qu’un LM 2577 de National Semiconducteur. Il est monté ici de façon très classique en régulateur à découpage de type « boost » et, du fait des valeurs des résistances R2 et R3, il délivre une tension de sortie de 18 volts (aux tolérances des composants près). Il est possible de consommer jusqu’à un ampère sur cette tension tout en gardant tout de même présent à l’esprit que, dans ce cas, le courant absorbé en entrée c’est à dire sur l’alimentation +12 volts du PC, peut alors atteindre le double soit 2 ampères !

  

Le reste du schéma est très classique puisqu’il fait appel à IC2 qui n’est autre qu’un LM 317 monté de façon conventionnelle, même si cela ne se voit pas au premier abord sur cette figure. En effet, comme le montre la figure suivante, la tension de sortie délivrée par le LM 317 ne dépend que du rapport des résistances R1 et R2. Or, si vous calculez ce rapport dans le cas de la figure ci-dessus, vous constaterez que l’on dépasse largement les 18 volts d’entrée. Cela provient du fait que la tension de sortie de la carte est déterminée par la résistance connectée entre les bornes R et M de J1. Cette résistance, ou ce potentiomètre dans le cas d’une tension réglable en continu, se trouve donc en parallèle sur R4 et permet de disposer ainsi de n’importe quelle tension de sortie comprise entre 1,5 et 15 volts. En théorie, on aurait pu se passer de R4 mais, en cas d’oubli de connexion de la résistance externe entre R et M, le régulateur aurait alors fonctionné en mode flottant ce qui n’est pas toujours souhaitable.

                                

              Tension de sortie délivrée par le LM 317                       Brochage de la prise mini DIN

Les diodes D2 et D3 assurent la protection du régulateur dans toutes les situations possibles tandis que la diode D4 protège l’alimentation en cas d’application d’une tension externe négative. Le connecteur J1, visible sur la droite de la figure, est une prise mini DIN femelle à quatre broches. La prise mâle correspondante, câblée comme indiqué figure ci-dessous, peut alors contenir une seule résistance fixe repérée R1 sur cette figure ; résistance qui définit la tension de sortie de l’alimentation. On peut ainsi réaliser autant de « câbles » de ce type que l’on souhaite disposer de tensions fixes, et le simple fait de brancher l’un d’entre eux dans le connecteur de sortie de la carte lui fera alors générer la tension correspondante.

                                 
Câble de programmation                                                Boîtier externe de programmation

La carte peut également être reliée, au moyen de cette prise, au boîtier de commande externe dont le schéma est visible figure ci-dessus. Il permet de commuter un certain nombre de résistances fixes donnant alors un accès immédiat aux tensions correspondantes sans avoir besoin d’un voltmètre de contrôle. Une position mettant en circuit un potentiomètre permet également d’ajuster la tension de sortie à n’importe quelle valeur comprise entre 1,2 et 15 volts. La tension d’entrée du régulateur IC2 quant à elle, est ramenée via la borne VE, sur une LED qui indique, par son allumage, que l’élévateur de tension réalisé autour de IC1 fonctionne normalement et donc que l’alimentation 12 volts du PC n’est pas surchargée par le courant débité par la carte.

Réalisation de l'alimentation de laboratoire dans un PC

L’approvisionnement des composants ne pose pas de problème particulier mais j'ai tout de même indiqué les points de venteoù je suis sûr que vous trouverez certains d’entre eux tels le LM 2577 ou bien la self L1 par exemple. Attention, le circuit imprimé a été dessiné pour des radiateurs ML 33  dont le rapport dissipation/encombrement convenait à cette réalisation. Si vous ne voulez pas utiliser ce modèle, veillez à approvisionner un radiateur de taille et d’efficacité équivalente. Pour ce qui est de l’équerre de fixation de la carte en face arrière du PC, vous pouvez utiliser une équerre que vous aurez récupérée sur un emplacement vide, que vous munirez de deux équerres de 10 x 10 mm qui se visseront dans les trous prévus à cet effet sur notre carte. Si  ce « bricolage » ne vous inspire pas, sachez que vous pouvez aussi faire appel à une équerre spécifique munie de pattes de fixation. Les trous dessinés sur la carte ont été prévus pour le modèle de ce type qui porte la référence 115-4568 .

Semi-conducteurs

IC1 : LM 2577 ADJ (Farnell)
IC2 : LM 317 en boîtier TO 220
D1 : MBR 350, MBR 745, diode Schottky 3 ampères 50 volts
D2, D3 : 1N 4004
D4 : 1N 5402, BY 252
LED : LED verte

Résistances ¼ de watt 5 % sauf indication contraire
R1 : 1,5 kohms (marron, vert, rouge)
R2 : 12 kohms (marron, rouge, orange)
R3 : 910 ohms (blanc, marron, marron)
R4 : 33 kohms (orange, orange, orange)
R5 : 1 kohms (marron, noir, rouge)
R6 : 220 ohms (rouge, rouge, marron)

Condensateurs
C1, C7 : 100 µF 25 V chimique radial
C2, C5 : 0,1 µF Mylar, polyester, MKT
C3 : 0,47 µF Mylar, polyester, MKT
C4 : 2200 µF 25 V faible résistance série (attention au diamètre !)
C6 : 10 µF 25 V chimique radial
C8 : 10 nF céramique

Divers
L1 : Self torique 200 ou 220 µH à 3 ampères ( Farnell ou Radiospares)
J1 : Prise mini DIN 4 contacts femelle pour circuit imprimé
Deux radiateurs type ML33 (Selectronic) pour IC1 et IC2
Porte fusible pour CI et fusible T 20 de 3,15 ampères temporisé
Equerre métallique standard pour carte d’extension PC

Liste des composants de la carte

Semi-conducteurs
LED1 : LED verte

Résistances ¼ de watt 5 % sauf indication contraire
R1 : 1 kohms (marron, noir, rouge)
R2 à R8 : voir tableau ci-dessous
R9 : 6,8 kohms (bleu, gris, rouge)

Divers
P1 : Potentiomètre linéaire rotatif de 4,7 kohms
J1 : prise mini DIN mâle 4 points à monter sur câble
S1 : commutateur rotatif 1 circuit, 12 positions

Liste des composants du boîtier de programmation

circuit imprimé

Le circuit imprimé a un tracé très simple. L’implantation des composants est à réaliser quant à elle en suivant les indications de la figure ci-dessous. Commencez par les composants passifs pour terminer par les composants actifs en respectant bien le sens des condensateurs chimiques et des diodes. Notez que, bien que le chimique C4 soit un modèle radial, il est monté à plat entre les deux radiateurs en coudant ses pattes de connexion à 90°. Il est maintenu dans cette position au moyen d’un petit collier en plastique. La self L1 se voit appliquer le même traitement mais au moyen de deux colliers de façon à l’immobiliser totalement quelle que soit ensuite sa position finale dans le PC. Le LM 2577 et le LM 317 peuvent être montés directement sur leurs radiateurs respectifs puisque ceux-ci ne touchent aucune partie métallique du PC et n’ont aucun contact entre eux. Lors de ce montage, interposez un peu de graisse aux silicones entre les régulateurs et leurs radiateurs afin d’améliorer la conduction thermique.

 

L’équerre métallique est à percer de deux trous. L’un sert à faire dépasser la LED placée en haut de la carte et l’autre à donner accès à la prise DIN à quatre broches. Une fois ces trous réalisés, vous pouvez alors assembler le tout et vous préparer à la mise en place dans votre PC, non sans avoir au préalable réalisé au moins un cordon de sélection de tension grâce au schéma et au brochage de la prise DIN présentés page précédente. La valeur de la résistance est indiquée par le tableau ci-dessous, dans lequel j'ai indiqué toutes les tensions standards dont vous pourriez avoir besoin. Vous pouvez également réaliser le boîtier de programmation présenté page précédente, pour lequel je n'ai pas dessiné de circuit imprimé car les résistances peuvent être câblées directement sur les cosses du commutateur. Ici aussi, le tableau indique les valeurs des résistances et du potentiomètre à utiliser. Notez que toutes les résistances que j'ai indiquées sont disponibles, soit dans la série E 24, soit dans la série E 96 des résistances à 1 %.

Tension de sortie	Résistance théorique (R1 câble ou R2 à R9 boîtier)	Résistance réelle la plus proche (R1 câble ou R2 à R9 boîtier)
1,5 V	44 ohms	43 ohms
3 V	311 ohms	309 ohms
5 V	678 ohms	680 ohms
6 V	857 ohms	866 ohms
9 V	1422 ohms	1430 ohms
12 V	2007 ohms	2000 ohms
15 V	2611 ohms	2610 ohms
1,25 à 15 V	0 à 2700 ohms	pot. de 4,7 kohms en parallèle sur 6800 ohms

Mode d'emploi

Placez la carte dans votre PC et raccordez-là à la tension +12 volts et à la masse que vous prélèverez sur un connecteur libre destiné à un périphérique interne. La masse est repérée en noir et le +12 volts en jaune sur tous les
PC de la création. Si vous n’avez plus de connecteur d’alimentation de périphérique interne disponible, achetez un câble de dérivation en Y chez n'importe quel revendeur de matériel informatique. Branchez le câble de sélection de tension de votre choix dans le connecteur de la carte et vérifiez que vous avez bien en sortie la tension prévue par la résistance dont il est équipé. Pour ce qui est des protections, le LM 317 dispose d’une limitation de son courant de court-circuit qui varie de 1,5 à 3,4 ampères selon les modèles. Le LM 2577 est limité de la même façon à 3 ampères. De ce fait, cette carte peut théoriquement délivrer jusqu’à 1,5 ampères avant que les diverses protections n’entrent en action. Par ailleurs, ces deux régulateurs sont protégés contre les échauffements excessifs. Cette carte est donc particulièrement solide. Par contre, il importe tout de même de ne pas oublier qu’elle consomme sur l’alimentation +12 volts du PC à peu près le double du courant qu’elle délivre en sortie. Si votre PC est bien équipé en périphériques internes, ceux-ci consomment déjà un courant non négligeable sur son alimentation +12 volts. Je vous conseille donc dans ce cas de ne pas dépasser un ampère de consommation supplémentaire sur ce même +12 volts, soit 500 mA en sortie de la carte.