Pour les applications nécessitant de faibles puissances, il est possible de se passer du transformateur traditionnel, du pont de diodes ou de l’alimentation à découpage. Des solutions plus économiques existent pour fournir quelques milliampères (mA). En effet, un transformateur ou un ensemble MOSFET/inductance/régulateur peuvent être coûteux et volumineux. Les alimentations non isolées sans transformateur offrent un faible coût et représentent une alternative intéressante.
Alimentation Capacitive (Alimentation à Capa Chutrice)
Une alimentation capacitive est également appelée « alimentation à capa chutrice ». La « capa chutrice » traduit l’idée que la chute de tension se fait aux bornes de la « capa ». Cet article présente l’alimentation capacitive (donc sans transformateur). La capa chutrice C1 joue le rôle d’une résistance en alternatif. Il faut lui assurer charge ET décharge à chaque période secteur, d’où l’intérêt de la zener qui conduit dans les 2 sens. Son avantage est de ne dissiper aucune chaleur.
Une alimentation capacitive a souvent pour but de fournir une tension petite devant la tension réseau (5V, 12V, etc). On peut ainsi négliger Vz devant VRMS. De plus, l’impédance de R1 doit être faible devant l’impédance de C1 pour minimiser la dissipation dans R1. Le courant de sortie maximal est proportionnel à C1.
Comportement avec Différentes Charges
On observe ci-dessous comment réagit une alimentation capacitive avec différentes charges. Une résistance de charge est connectée à la sortie de l’alimentation capacitive (entre +5V et 0V). La charge de 10kOhms consomme 0,45mA environ. Le temps de montée de la tension de sortie est de 0,28s environ. Ce temps de montée est dû à la charge initiale de C2.
Si on augmente le courant de sortie, le comportement de l’alimentation capacitive change. La charge est cette fois-ci de 500 Ohms (9mA à 4,5V). L’alimentation capacitive délivre pratiquement son courant maximal (10mA). Le temps de montée de la tension de sortie est rallongé parce que le courant dévié par la résistance ralentit la charge de C2. La tension de sortie se stabilise autour de 4,1V.
Si on augmente encore le courant de sortie, la tension de sortie va se stabiliser à une valeur inférieure au niveau souhaité. Il faudrait 16mA pour garantir 4,5V aux bornes de la charge de 270 Ohms. La tension est assez stable jusqu’à ce que le courant maximal soit atteint.
Considérations de Conception
La dissipation de puissance (chaleur) entre en jeu dans la conception d’une alimentation capacitive. On peut choisir les composants avec une puissance nominale au moins égale au double de la puissance dissipée dans le pire cas (230V + 10%, C1 + 20%, etc). Le courant qui circule dans R1 existe lors des 2 alternances du secteur. C1 supporte la tension secteur et doit donc être de classe X2 250V alternatifs. Des fabricants peu scrupuleux utilisent des condensateurs non polaires 250VDC ! La classe X2 est prévue pour des applications définies par la norme IEC664 et tient compte des surtensions du réseau (catégorie II).
Sa tension zener fixe la tension de sortie. Le plus grand courant traversant la zener DZ1 existe lorsqu’il n’y a pas de charge en sortie (à vide). Le courant moyen dans la diode est égal au courant dans la diode. La tension inverse maximale vaut Vz. Pour avoir de la marge, la tension nominale de C2 doit être le double de la tension zener (10V pour une zener 5,1V par exemple).
R2 permet à C1 de se décharger lorsque l’alimentation capacitive est déconnectée du secteur. Sa valeur est choisie entre 470k et 1MOhm. On propose un modèle 1W non pas pour la puissance à dissiper mais pour supporter la tension secteur (risque de claquage à l’intérieur). Attention : si R2 n’est pas montée, on peut prendre une bonne pichenette en touchant la fiche secteur de l’alimentation débranchée ! Aucun danger en cas de court-circuit de la sortie de l’alimentation capacitive. L’impédance de C1 limite le courant à la valeur maximale calculée ci dessus.
La capacité C2 est rechargée toutes les 10ms au lieu de toutes les 20ms. Une alimentation stabilisée peut être obtenue en plaçant un régulateur de tension en sortie de l’alimentation capacitive. Une alimentation symétrique s’obtient en mettant en série deux zener identiques.
Alimentation Résistive
Comment obtenir une tension de quelques Volts et quelques mA sans transfo et sans budget ? On peut utiliser une alimentation résistive. La mise en pratique, simple et ultra économique est expliquée dans cet article. Ici en revanche est présentée l’alimentation résistive sans transformateur. En effet, dans ce cas, R1 n’est traversée par du courant que lors des alternances positives du secteur.
Pour les 2 versions ci dessus de l’alimentation résistive, le courant maximal Imax est limité par la valeur de la résistance chutrice R1. Une alimentation résistive a souvent pour but de fournir une tension petite devant la tension réseau (5V, 12V, etc). On peut ainsi négliger Vz devant VRMS. Le courant de sortie maximal est inversement proportionnel à R1. On peut prendre une marge et diminuer encore un peu R1.
Comportement avec Différentes Charges
Le comportement de l’alimentation résistive est très proche de l’alimentation capacitive. On observe ci dessous comment réagit une alimentation résistive avec différentes charges. Une résistance de charge est connectée à la sortie de l’alimentation résistive (entre +5 V et 0V). La charge de 10 kOhms consomme 0,45 mA environ.
Si on augmente le courant de sortie, le comportement de l’alimentation résistive change. La charge est cette fois-ci de 500 Ohms (9 mA à 4,5 V). L’alimentation résistive délivre pratiquement son courant maximal (10 mA). Le temps de montée de la tension de sortie est rallongé parce que le courant dévié par la résistance ralentit la charge de C2. La tension de sortie se stabilise autour de 4,2 V.
Si on augmente encore le courant de sortie, la tension de sortie va se stabiliser à une valeur inférieure au niveau souhaité. Il faudrait 16 mA pour garantir 4,5 V aux bornes de la charge de 270 Ohms. La tension est assez stable jusqu’à ce que le courant maximal soit atteint. Cette tension ne vaut pas Vz - 0,7 V mais Vz pour la version améliorée.
Considérations de Conception
La dissipation de puissance (chaleur) est importante dans la conception d’une alimentation résistive. On peut choisir les composants avec une puissance nominale au moins égale au double de la puissance dissipée dans le pire cas. Une dissipation de 8 W semble déjà importante.
Comme pour l’alimentation capacitive, la tension zener fixe la tension de sortie. Le plus grand courant traversant la zener DZ1 existe lorsqu’il n’y a pas de charge en sortie (à vide). P = Vz . Le courant moyen dans la diode est égal au courant dans la diode. La tension inverse maximale vaut Vz. Pour avoir de la marge, la tension nominale de C2 doit être le double de la tension zener (10V pour une zener 5,1 V par exemple). Aucun danger en cas de court-circuit de la sortie de l’alimentation résistive. R1 limite le courant à la valeur maximale calculée ci dessus.
La capacité C2 est rechargée toutes les 10ms au lieu de toutes les 20ms. Pour une même ondulation, une valeur réduite de moitié suffit (220uF au lieu de 470uF). Une alimentation stabilisée peut être obtenue en plaçant un régulateur de tension en sortie de l’alimentation résistive. Une alimentation symétrique s’obtient en mettant en série deux zener identiques.
Sécurité et Précautions
Les alimentations sans transfo sont très bon marché et moins encombrantes que leurs homologues à transfo ou à découpage. ATTENTION : Un risque de choc électrique existe lors de manipulations d’alimentation résistive ou capacitive. La sortie basse tension N’EST PAS ISOLEE du secteur ! L’utilisateur doit donc être très prudent et conscient des risques de surtensions transitoires éventuelles sur son réseau.
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