N’importe quel ordinateur de bureau compatible PC peut être utilisé comme alimentation stabilisée en mesure de fournir une tension variable de 1,2 à 18 V pour un courant maximal de 0,7 A et ce, sans transformateur. Pour ce faire, il suffit d’implanter à l’intérieur du boîtier la carte que nous vous proposons dans cet article.
L’alimentation que nous vous proposons ne nécessite aucun logiciel et n’utilise aucun transformateur.
En effet, il ne s’agit pas de construire une alimentation extérieure et de la commander en tension et en courant à l’aide de la sortie sérielle de votre PC. La tension est directement prélevée sur l’étage d’alimentation de l’ordinateur.
En lisant ceci, vous pourriez craindre une surcharge de l’alimentation de votre PC, mais nous pouvons nous assurer que toutes les alimentations des ordinateurs sont prévues pour débiter des courants bien supérieurs à ceux généralement demandés.
En tournant le curseur d’un trimmer (R13, figure 3), il est possible de prélever à la sortie de notre alimentation une tension variable de 1,2 à 18 V pour un courant maxi de 0,7 A et cela sans utiliser le moindre logiciel.
Cette alimentation peut servir pour alimenter les enceintes acoustiques d’un PC (réclamant une tension de 6 à 9 V), ou bien un modem externe (9 à 12 V), ou encore une interface extérieure à l’ordinateur.
Si vous dévissez les quelques vis du boîtier (tour ou desktop horizontal), vous trouverez tout de suite des connecteurs femelles à 4 fils reliant l’alimentation (AT ou ATX) du PC aux différents lecteurs et disques durs. Normalement, un connecteur femelle de plus petites dimensions est relié à l’un de ces groupes de fils. C’est lui que vous devrez connecter à notre alimentation (figure 8).
Parmi ces 4 fils se trouvent le jaune, amenant le 12 V, deux fils noirs pour la masse et un rouge, amenant le 5 V et qui ne sera pas utilisé.
Précisons que cette alimentation pourra aussi être utilisée en voiture pour abaisser la tension de la batterie 12,6 V à 4,5 - 6 - 9 V ou bien l’élever à 15 - 18 V.
Figure 1 : Photo de la carte fixée sur son étrier en “L” (équerre). Si vous placez cette platine dans n’importe quel ordinateur, vous pourrez prélever sur les douilles de sortie une tension stabilisée variable entre 1,2 et 18 V. Pour alimenter cette carte, il suffit d’enfiler sur son connecteur mâle le connecteur femelle se trouvant à l’intérieur du PC (4 fils venant de l’alimentation de l’ordinateur : jaune-noir-noir-rouge).
Figure 2 : Schéma synoptique du circuit intégré UC3843 (IC2, figure 3) utilisé pour élever la tension de 12 V à 20 V.De la broche 6 sort un signal carré à 18 kHz pilotant le gate du MOSFET MFT1.
Le schéma électrique
La figure 3 montre le schéma complet de notre alimentation : notez que l’on y met en oeuvre 3 circuits intégrés, 1 transistor NPN et 1 MOSFET de puissance (MFT1). Le coeur de la carte est le circuit intégré IC2, un contrôleur PWM UC3843 de Texas Instruments, utilisé pour élever la tension 12 V prélevée sur l’ordinateur (CONN.1) à 20 V environ.
Pour élever la tension, IC2 produit un signal carré d’une fréquence d’environ 18 kHz sortant de la broche 6 pour piloter le gate du MOSFET de puissance MFT1. Cette fréquence de 18 kHz est déterminée par les valeurs de la résistance R3 et du condensateur C5 reliés à la broche 4 correspondant à l’oscillateur interne du circuit intégré IC2. Nous avons choisi pour R3 la valeur de 10 kilohms et pour C5 une capacité de 10 nanofarads, ce qui donne sur la broche 6 cette fréquence de 18 kHz.
Le MOSFET MFT1, piloté par ce signal carré, se comporte comme un interrupteur se fermant et s’ouvrant 18 000 fois par seconde. Quand l’onde carrée prend le niveau logique 1, le MOSFET, devenant conducteur, court-circuite à la masse, à travers les résistances R7 et R8, la self Z1 qui commence à emmagasiner de l’énergie.
Lorsque l’onde carrée passe au niveau logique 0, le MOSFET cesse de conduire et déconnecte de la masse la self Z1 qui, instantanément, relaxe l’énergie précédemment emmagasinée et fournit en sortie des pics de surtension chargeant, à travers la diode DS1, le condensateur électrolytique C9.
La broche 3 du circuit intégré IC2, connecté à travers R6 aux 2 résistances R7 et R8 de source du MOSFET MFT1, tient sous contrôle le courant sortant de la self Z1. Au point de jonction de ces résistances R7 et R8 se produisent des impulsions dont l’amplitude varie selon le courant débité par l’alimentation.
Si le courant dépasse la valeur voulue, automatiquement la broche 3 réduit le rapport cyclique de l’onde carrée, en diminuant le temps pendant lequel le MOSFET conduit.
Si, en revanche, le courant est inférieur à la valeur requise, automatiquement la broche 3 élargit le rapport cyclique de l’onde carrée, en augmentant le temps pendant lequel le MOSFET est conducteur. Nous l’avons déjà dit, quand le MOSFET n’est pas conducteur, c’est-à-dire quand l’onde carrée présente à la sortie broche 6 de IC2 est au niveau logique 0, l’énergie emmagasinée par Z1 passe par la diode DS1 et charge le condensateur C9 avec une tension de 20 V environ.
A travers le pont R9 - R10 est appliquée sur la broche 2 de IC2 une tension de 2,5 V maintenant stable la tension aux bornes de C9. En fait, cette tension de 2,5 V, prélevée sur le pont R9 - R10, est appliquée sur la broche 2 pour être comparée à une tension de référence interne au circuit intégré IC2.
Si la tension de 2,5 V augmente légèrement, le circuit intégré IC2 réduit immédiatement le rapport cyclique du signal carré pilotant le gate du MOSFET et la tension baisse. Si, en revanche, la tension de 2,5 V diminue légèrement, le circuit intégré IC2 élargit immédiatement le rapport cyclique du signal carré pilotant le gate du MOSFET et la tension de sortie augmente.
Pour calculer la valeur de la tension maximum aux bornes de C9, nous pouvons utiliser la formule :
Note : la valeur des résistances est en kilohm. Le nombre 2,5 est la valeur de la tension à appliquer sur la broche 2 de IC2.
Avec les valeurs utilisées pour R9 et R10, on trouve aux bornes de C9 une tension de :
Cette tension peut varier légèrement en plus ou en moins à cause de la tolérance des 2 résistances.
Cette tension de 20 V est appliquée sur la broche d’entrée “E” du circuit intégré LM317 (IC3, un classique régulateur de tension variable).
Si l’on tourne le curseur du trimmer R13 d’une extrémité à l’autre de sa piste de carbone, nous pouvons prélever sur les douilles de sortie une tension variable de 1,2 à 18 V.
Le transistor NPN TR1, relié à la broche R de IC3, sert à limiter le courant de sortie à la valeur maximale de 0,7 A environ.
Pour être tout à fait complets, nous devons encore vous expliquer la fonction du circuit intégré IC1, c’est-à-dire l’amplificateur opérationnel LM311, utilisé ici pour bloquer le fonctionnement du circuit intégré IC2 lorsqu’on désire prélever sur les douilles de sortie des tensions variables comprises entre 1,2 et 9 V environ.
Sur la broche 8 de IC2 se trouve une tension de 5 V appliquée directement à la broche 3 inverseuse de l’ampli-op IC1. Or, au moment précis où la broche 1 est court-circuitée à la masse à travers la diode DS1, le circuit intégré IC2 cesse de fonctionner.
En pratique, le circuit intégré LM311 est utilisé pour comparer la tension arrivant sur la broche 2 non inverseuse, prélevée sur le pont R16 - R17, à la tension de référence de 5 V arrivant sur sa broche 3 inverseuse.
Quand une tension inférieure à 5 V est présente sur l’entrée 2 non inverseuse de IC1, sa broche de sortie 7 prend le niveau logique 0 et court-circuite à la masse la diode DS1, bloquant ainsi le fonctionnement de IC2.
Quand une tension supérieure à 9 V est présente sur l’entrée 2 non inverseuse de IC1, sa broche de sortie 7 retrouve le niveau logique 1 et, isolant la diode DS1 de la masse, remet IC2 en fonctionnement.
Cet artifice, consistant à bloquer IC2 seulement quand on prélève à la sortie de IC3 des tensions inférieures à 9 V, empêche la surchauffe du LM317.
Car, comme vous le savez, toute la puissance qui n’est pas utilisée est dissipée en chaleur par IC3, comme le confirme la formule :
où :
watts est la puissance à dissiper en chaleur
Vin est la tension appliquée à l’entrée E de IC3
Vout est la tension prélevée à la sortie U de IC3
ampères est le courant prélevé en sortie.
Si l’entrée “E” est sous une tension de 20 V et si nous prélevons une tension de 4,5 V avec un courant de 0,7 A à la sortie, le circuit intégré IC3 devra dissiper en chaleur (effet Joule) une puissance de :
Si l’entrée “E” est sous une tension de 11,3 V et si nous prélevons une tension de 4,5 V avec un courant de 0,7 A à la sortie, le circuit intégré IC3 devra dissiper, par effet Joule, une puissance de :
c’est-à-dire moins de la moitié de la puissance et c’est pourquoi nous avons pu utiliser un dissipateur de dimensions réduites.
Lorsque le circuit intégré IC2 est bloqué, la tension de 12 V appliquée sur le CONN.1 atteint la broche d’entrée “E” de IC3 en passant à travers la self Z1 et la diode DS2.
Comme la diode fait chuter la tension d’environ 0,7 V, l’entrée “E” de IC3 est sous une tension de 12 – 0,7 = 11,3 V.
Figure 3 : Schéma électrique de l’alimentation à partir d’un PC. Si vous tournez le curseur du trimmer R13 placé dans la base du transistor TR1, vous pourrez prélever sur les douilles de sortie une tension variable de 1,2 à 18 V pour un courant de 0,7 A.
Figure 4 : Brochage des semi-conducteurs utilisés pour ce montage. Le BC547 est vu de dessous.
Figure 5a : Schéma d’implantation des composants de la carte EN.1486. Le circuit intégré régulateur variable IC3 (LM317) est fixé sur un petit dissipateur. Avant de souder les fils de sortie de la self Z1, vérifiez qu’aux extrémités le vernis isolant a bien été enlevé.
Figure 5b : N’oubliez pas de placer la rondelle isolante derrière l’étrier en “L” (équerre) avant de visser les 2 écrous plats de chacune des douilles de sortie rouge et noire. Reliez chaque douille au circuit imprimé à l’aide de 2 morceaux de fil de cuivre.
Figure 6a : Dessin, à l’échelle du circuit imprimé de l’alimentation EN.1486, vu du côté cuivre.
Figure 6b : Dessin, à l’échelle du circuit imprimé de l’alimentation EN.1486, vu du côté composants. Si vous réalisez vous-même ce circuit double face, n’oubliez pas les liaisons entre les deux côtés.Le circuit professionnel et un double face à trous métallisés, sérigraphié.
Liste des composants
R1 = 6,8 kΩ
R2 = 330 kΩ
R3 = 10 kΩ
R4 = 150 kΩ
R5 = 33 Ω
R6 = 1 kΩ
R7 = 1 Ω
R8 = 1 Ω
R9 = 33 kΩ
R10 = 4,7 kΩ
R11 = 6,8 kΩ
R12 = 150 Ω
R13 = 2,2 kΩ trimmer
R14 = 1,5 Ω
R15 = 1,5 Ω
R16 = 33 kΩ
R17 = 47 kΩ
C1 = 100 nF polyester
C2 = 100 nF polyester
C3 = 100 nF polyester
C4 = 1 μF polyester
C5 = 10 nF polyester
C6 = 2,2 nF polyester
C7 = 470 μF électrolytique
C8 = 470 pF céramique
C9 = 100 μF électrolytique
C10 = 100 nF polyester
C11 = 100 μF électrolytique
Z1 = Self 150 μH (mod. VK27.03)
DS1 = Diode 1N4148
DS2 = Diode BYW100
TR1 = NPN BC547
MFT1 = MOSFET P321
IC1 = Intégré LM311
IC2 = Intégré UC3843
IC3 = Régulateur LM317
CONN.1 = Connecteur 4 broches
Figure 7 : Photo d’un de nos prototypes d’alimentation.Près du trimmer R13 vous pouvez voir les 2 picots à utiliser pour relier la carte aux douilles de sortie.
La réalisation pratique
Cette alimentation sera montée sur un circuit imprimé de 8 x 6,5 cm qu’il faudra vous procurer ou réaliser en utilisant les dessins donnés, à l’échelle 1, dans les figures 6a et 6b.
Le circuit professionnel, S1486, est un double face à trous métallisés, sérigraphié.
Si vous réalisez vous-même votre double face, veillez à bien assurer toutes les liaisons nécessaires entre les deux faces.
Pour commencer, placez les 2 supports de IC1 et IC2 dans la bonne position (voir figure 5a), soudez toutes les broches, puis poursuivez avec le CONN.1, dont les 4 broches à souder sont celles qui ne sont pas protégées par un écran plastique, à placer entre IC1 et Z1. C’est sur ce connecteur socle mâle que sera enfilé le connecteur fiche femelle du câble interne de l’ordinateur (figures 8, 9 et 10).
Insérez ensuite toutes les résistances (pour mémoire : 1,0 ohm = marron-noir-or, 1,5 ohm = marron-vert-or).
A droite du circuit imprimé, insérez le trimmer vertical R13 servant à faire varier la valeur de la tension de sortie.
Les composants suivants seront les 2 diodes au silicium : DS1, dont le boîtier en verre sera inséré près de C4, sa bague orientée vers la gauche et DS2, dont le boîtier plastique sera inséré près de R7, sa bague blanche orientée vers le bas.
Insérez ensuite le condensateur céramique C8, tous les condensateurs polyesters et enfin les électrolytiques en respectant bien la polarité de ces derniers. Insérez le transistor TR1 sans raccourcir ses pattes et pensez à orienter la partie plate de son boîtier vers les 2 résistances R14 et R15.
Insérez aussi le MOSFET MFT1 en repliant en “L” ses pattes et en fixant son boîtier au circuit imprimé avec un petit boulon (vis + écrou).
Le circuit intégré IC3 LM317 est monté avec un dissipateur en forme de U et on le mettra en place comme le montre la figure 5a : en repliant aussi ses pattes en “L” et avec un petit boulon également.
Enfin, insérez la self Z1 non sans avoir vérifié que ses 2 extrémités sont bien étamées et prêtes à souder : dans le cas contraire, si le vernis isolant n’a pas été ôté, vous ne pourrez pas souder les sorties.
Raclez-le sur 5 à 10 mm avec une lame de cutter ou un bout de papier de verre avant d’étamer puis de souder les sorties.
Fixez ce composant à plat sur le circuit imprimé avec un peu de colle.
Il ne vous reste plus qu’à insérer IC1 et IC2 dans leurs supports, repère-détrompeurs en U orientés vers le bas. Attention, c’est le LM311 qui prend place dans le support IC1 et le UC3843 qui prend la sienne dans le support IC2.
Pour que le montage soit terminé, il faut encore fixer le circuit imprimé sur l’équerre qui constituera une tranche du panneau postérieur de l’ordinateur (comme celle qui porte la carte son ou le modem, etc.) : voir figure 5b. Sur cette équerre, fixez aussi les 2 douilles rouge (+) et noire (–) de sortie de tension.
Pensez bien à placer la rondelle isolante derrière le panneau en équerre avant de visser les 2 écrous plats : sans cela les sorties tension seraient en court-circuit. A l’aide de courts morceaux de fils de cuivre, reliez les 2 douilles aux picots du circuit imprimé marqués respectivement “+” et “–”.
Figure 8 : Si les extrémités des fils sortant de l’alimentation de votre ordinateur ne présentent que de «grands» connecteurs femelle, il faudra vous procurer un câble à 3 connecteurs et 4 fils comme celui de l’illustration ci-dessus, soit en le récupérant sur un ordinateur soit auprès d’un de nos annonceurs.
Figure 9 : Photo de la carte montée sur son étrier et connectée à son câble de liaison. Vous devez utiliser le petit connecteur femelle que vous trouvez à l’intérieur de l’ordinateur.
Figure 10 : Parmi les 4 fils du petit connecteur femelle nous n’avons utilisé que le jaune (+12 V) et les 2 noirs (masses). Le rouge (+5 V) n’est pas utilisé.Montage dans l’ordinateur
La tour ou le desktop horizontal de votre PC étant ouvert, vous trouverez à l’arrière des étriers en “L” (équerres) comme ceux visibles figures 5 et 8.
Nous l’avons dit déjà, de l’alimentation de l’ordinateur partent divers fils portant à leurs extrémités des connecteurs femelles : il en existe des grands et des petits.
C’est l’un de ces petits connecteurs qui sera relié à la carte EN.1486 comme le montrent les figures 8, 9 et 10.
Rappel : le fil jaune apporte le +12 V, le rouge le +5 V et les 2 noirs sont des masses (le rouge +5 V ne sert pas).
Après avoir enfilé le connecteur femelle venant de l’alimentation de l’ordinateur sur le connecteur mâle de la carte, vous pouvez fixer l’étrier en “L” au panneau arrière du boîtier de l’ordinateur par une vis.
Note : le troisième trou de l’étrier sert à passer le petit tournevis qui servira à régler la course du trimmer R13 pour obtenir sur les douilles la tension d’utilisation désirée.
Aucun commentaire:
Enregistrer un commentaire