Avant d’entamer une série d’articles sur l’éclairage du banc macro (simple, auxiliaire ou flash incorporé), il est utile de décrire ici une alimentation réglable pour les diodes LED. Celle-ci est basée sur un régulateur de tension LM317, qui, pour un prix modique (0,80€ chez Conrad) permet de faire varier la tension de sortie de 1,2V à 30V.
Schéma de l'alimentation réglable
A partir d’un transfo 220V/24V, elle pourra réguler la tension entre 1,25V et 24V, pour 1,5A maxi, ce qui va être intéressant pour alimenter une batterie de diodes leds haute luminosité servant à l’éclairage d’un banc macro par exemple. Voici le schéma :
Le LM317 et ses branchements : Ne pas oublier de mettre un radiateur sur le LM317 pour le refroidir, surtout si on a l’intention de frôler ses limites en courant admissible (1,5 A maxi !) et ne pas oublier aussi que la semelle du LM317 est connectée au pin 2, c'est à dire à Vout, donc attention aux court-circuits.
Matériel Nécessaire
Petit listing du matériel nécessaire pour une alimentation 1,25V à 12V maxi (largement suffisante pour alimenter les diodes leds de mon banc macro) :
- un transfo 220/24V 50VA
- une plaque de circuit imprimé présensibilisé
- un interrupteur
- un fusible avec son porte-fusible
- un petit pont redresseur 2 à 3 A
- un LM317
- un condensateur polarisé électrochimique 1500 µF 40V ou plus(C1)
- un condensateur 0,1 µF (C2)
- un condensateur polarisé électrochimique 10µF 40V ou plus (C3)
- un condensateur polarisé électrochimique 25µF 40V ou plus, ou un 1 µF au tantale (C4)
- Fiches bananes de châssis ou prises d’alimentation pour les entrées et sorties
- De la soudure et du fil de câblage
Et pour une tension de sortie réglable d’environ 12V maxi :
- une résistance 1 kO ½ W (R1)
- un potentiomètre de 10 kO (R2)
Calcul de la Tension de Sortie
Pour calculer la tension de sortie, il suffit d’employer cette formule :
1,25 (1 + R2/R1) avec R1 qui doit être d’une valeur de 120 ohms minimum.
Pour les gens pressés et qui n’ont pas envie de se casser la tête avec des calculs (comme moi par exemple !), voici le lien vers une calculette qui fait le boulot toute seule, suffit seulement de rentrer les valeurs de R1 et R2 et de cliquer sur « Calculate ».
J’utilise aussi ce type d’alimentation pour des tensions fixes, comme l’alimentation de mon APN Canon EOS 300D qui demande 8,1V, il suffit de changer la valeur des résistances R1 et R2 pour obtenir la tension désirée, avec R1 habituellement d’une valeur de 240 ohms (dixit data sheet du LM317). La valeur de R2 sera donc d’environ 1315 ohms pour avoir les 8,1V désirés, comme cette valeur n’est pas standard, la mise en série de plusieurs résistances ou mieux l’utilisation d’une résistance ajustable permettra d’approcher cette valeur.
Bien entendu, un petit coup de voltmètre n’est pas de trop pour vérifier cette tension avant de brancher quoi que ce soit !!!
Un aperçu du circuit fait avec TCI et l’emplacement des différents éléments :
Dans le cas de l’astronomie, où on ne dispose pas toujours d’une source de courant en 220V alternatif, il suffit de supprimer purement et simplement le redresseur et le condensateur polarisé C1 et de rentrer la source de courant continu (12V habituellement) aux bornes de C2 en respectant la polarité (la masse est en bas du circuit).
Le typon du circuit :
Vous pouvez télécharger le typon sous forme de dossier zip en cliquant ICI, mais il faut impérativement avoir installé TCI pour les ouvrir car ce sont des fichiers spéciaux. Il vous suffira, une fois que TCI l'a ouvert de cliquer sur => Fichier puis Impression, de cocher En noir pour typon et de cocher uniquement Côté soudures, laisser la résolution sur 1.00, et de là vous pouvez cliquer sur Imprimer.
Nous voilà maintenant équipé au niveau alimentation pour attaquer le prochain article qui concernera l’éclairage du banc macro.
Alimentation LEDs et LM317
Je voudrais alimenter 8 rangees de 3 leds sans resistance , je pense regler l'intensiter avec le lm317. C'est possible sans risque ? A premier vue ca fonctionne j'ai fais l'essai mais dans le temps ca va raconter quoi ? La solution à base de LM317 fonctionne très bien, avec 85mA, ça va pas chauffer, par contre, la tension d'alimentation doit être plus élevée pour le bon fonctionnement, il me semble que ce soit autour de 3.5V. Soit une tension nécessaire de 3.5*3+3.5=14V.
Fonctionnement du LM317
Le régulateur linéaire LM317 est un composant électronique à trois broches. Il permet de diminuer la tension qui lui est envoyé vers une autre, que l’utilisateur à choisie. Historiquement, il est capable de fournir 1.5 Ampère quelle que soit la tension de sortie. Ce régulateur est rencontré dans des alimentations non-réglables. Par exemple une alimentation 9 Volts d’une console de jeu.
Pour cette page je me suis inspiré du datasheet edité par Texas Instrument et disponible sur le site de ti.com. Détaillons cette dernière phrase ; la chute de tension dans le LM317 est de 3 Volts. Ce qui signifie que vous devez alimenter le LM317 avec 40 Volts si vous souhaitez 37 Volts. Le régulateur change le niveau de tension en produisant de la chaleur. Plus la différence de tension entre entrée et sortie est grande plus il chauffe.
Dans la pratique, si vous souhaitez alimenter un circuit avec 12 Volts, il est inutile d’alimenter le régulateur avec 40 V. La patte centrale, ADJ, voir passer suffisamment de courant pour que le régulateur fonctionne bien.
En audio, le LM317 aurais, a priori, un meilleur rapport de bruit sur la sortie que les 78XX. Dans les faits, c’est vrai, mais le LM317 n’est pas non plus le plus silencieux des régulateurs. Ces rapports sont donnés dans les datasheets à la ligne : « RMS output noise voltage (% de VO)» et également au niveau du : «Ripple rejection (en dB)».
Je n’ai personnellement jamais réalisé de montage où le bruit généré par l’alimentation m’a gêné. Désormais, les AOP ont un «PSSR - Power supply rejection ratio » permettant d’éviter bien des désagréments.
Le minimum nécessaire : Un LM317, deux résistances et deux condensateurs. Pour plus de fiabilité, ajouter deux diodes et un condensateur. Si le LM317 est un régulateur positif, le LM337 est son jumeau négatif. Il fonctionne exactement pareil. Un schéma utilisant le LM337 est disponible plus bas sur la page. Il faut néanmoins prendre garde à deux choses.
C4, valant 0.1 µF, permet de filtrer les hautes fréquences sur la sortie. C3 permet de stabiliser la sortie du régulateur. Il répond aux appels de courant brusque. D1 évite d’envoyer du courant dans la sortie du régulateur. D2 évite d’envoyer du courant dans la patte « Adjust » du régulateur.
Si vous avez des remarques, surtout n'hésitez pas à me les envoyer.
LM317 et PWM
Le schéma suivant, tiré de la datasheet du LM317, présente une solution pour "couper" la sortie. Un signal positif sur la base du transistor a pour effet de court-circuiter R2 et donc de ramener Vout à 1.25 V. On suppose qu'il existe un circuit détectant la condition de coupure (surcharge par exemple) pour commander la base du transistor.
Je pense que ce circuit a pour but de réagir plus vite que la limitation de courant interne au LM317 ou cela doit permettre de définir une limite plus faible.
Je me demande si on peut utiliser le même principe pour créer une alimentation PWM en appliquant un signal carré de rapport cyclique variable à la base du transistor ?
Le but est de modifier, a posteriori, des alimentations traction pour le modélisme ferroviaire basées sur le LM317.
Il faudrait pour cela, savoir à quelle fréquence on peut commuter le LM317 de cette manière. Je n'ai rien trouvé dans sa datasheet à ce sujet, mais je n'ai peut-être pas lu attentivement.
Le principal inconvénient est la tension de déchet de 1.25V multiplié par le corant donnera une puissance non négligeable à dissiper et qui de plus sera nefaste pour les moteurs des machines de traction qui sont plus facilement pilotable en courant qu'en tension
Il suffit de venir se connecter sur la patte Vadj du LM317 et sur la masse.
La commande en PWM peut même être optionnelle si on offre la possibilité de déconnecter le transistor qui court-circuite R2.
Le LM317 dispose d'une protection contre la surcharge si on tire de courant (court-circuit). On a ainsi un mode PWM avec protection sans ajouter d'autres composants.
Pour délivrer une alimentation hachée en modélisme ferroviaire, on utilise le célèbre Darlington associé à un signal carré. Le signal PWM d'un µC convient bien sur parfaitement et on fait varier le Duty Cycle pour moduler la vitesse des convois. Le Duty Cycle doit lui-même varier progressivement pour gérer les pentes d'accélération, de ralenti, d'arrêt, d'urgence . . .
Oui, tout à fait d'accord avec toi. Le lien montré précédemment illustrait une manière d'appliquer le découpage sans Darlington ou autre transistor de puissance, en contrôlant la résistance R2 dans la branche Vadj du 317. Le reste de ce circuit, qui produit le signal carré de duty-cycle variable peut parfaitement être remplacé par un micro-contrôleur.
Ensuite, que l'on applique ce signal sur un Darlington pour découper une tension de 12 V ou sur la résistance R2 d'un LM317.
Ma question initiale n'était pas de savoir comment générer le signal carré, mais d'explorer la manière de l'appliquer pour contrôler un circuit de puissance. Les méthodes les plus connues sont les transistors de puissance, Darlington ou Mosfet, mais cette utilisation du 317 me paraissait intéressante.
Je pense que je vais faire des essais avec un montage à 317 et voir à l'oscillo à quoi ressemble la sortie du 317 en fonction de la fréquence et du duty-cycle. Pour les tests, je dispose d'un générateur de fonctions me permettant de régler ces caractéristiques pour un signal carré.
N'hésite pas à nous tenir informer de l'avancée de tes tests SavignyExpress !
Je viens de commencer les essais avec cette façon de générer un signal PWM avec un montage à LM317 tel que:
R1 = 330 Ohm
R2 = 2700 Ohm
Vin = 15 V
ce qui donne Vout = 11.48 V
Le transistor qui court-circuite R2 est commandé par le générateur de fonctions réglé sur 400 Hz, en mode duty-cycle variable.
Pour que le LM317 accepte de fonctionner, j'ai d'abord testé avec une résistance de puissance de 50 Ohm et relié l'oscillo à ses bornes. Le signal en sortie est propre, pas de transitoires dues à la commutation du LM317. Il reste bien entendu une tension résiduelle de 1.25 V due à la caractéristique du LM317.
Ensuite, test avec une loco sur un tronçon de voie. Cela semble fonctionner et procure un bon ralenti.
Suite des tests prévue:
- Insérer des diodes série pour absorber les 1.25 V résiduels.
- Variante avec découpage en aval à l'aide d'un MOSFET de puissance.
- Variation de la fréquence PWM.
- Vérifier si la protection du LM317 contre la surchauffe en cas de courant trop important (court-circuit) fonctionne aussi dans ce cas.
Le but serait ensuite de remplacer le générateur de fonctions par un microcontrôleur pour générer intelligemment le PWM et permettre de démarrer, accélérer, ralentir progressivement.
Applications et Caractéristiques du LM317
Classiques ou astucieux, les montages à bases du régulateur de tension LM317 sont nombreux et aideront à la conception d’alimentations stabilisées, mais aussi de fonctions logiques de comparaison avec un seuil. Le LM317 est un régulateur série à 3 pattes capable de fournir 1,5 Ampère sur une tension de sortie qui va de 1,25 à 37 Volts. Le LM317 est d’une facilité d’utilisation exceptionnelle et nécessite seulement 2 résistances externes pour fixer sa tension de sortie. De plus, la réjection de l’alimentation ainsi que l’insensibilité aux impacts de charge en font un régulateur avantageux.
Normalement, aucun condensateur n’est nécessaire, à moins que le LM317 soit à plus de 15 cm de condensateurs déjà en place. Un condensateur supplémentaire permet d’augmenter encore la réjection de l’alimentation.
Le LM317 est ainsi un régulateur ajustable simple, mais aussi programmable ou peut encore être utilisé en source de courant constant. Une coupure électronique peut être réalisée en reliant la patte d’ajustement à la masse, ce qui réduit la tension de sortie à 1,25 Volt.
Pour de plus fort courants, le LM150 (3A) et le LM138 (5A) sont aussi utilisables. Note : ce n’est pas identique au régulateur 7805 ! Pour un fonctionnement correct, la tension d’entrée doit être supérieure de 3 Volts à la tension de sortie maximale. R1 ne doit pas dépasser 240 Ohms pour garantir au moins 5 mA de courant de sortie. La tension de sortie vaut 5 Volts si l’entrée TTL n’est reliée à rien ou à la masse.
Lorsque l’entrée TTL est à 5 Volts, le transistor court-circuite R2 et la tension de sortie passe à 1,25 Volt. C1 se charge progressivement par R3 et assure via T1 ainsi une montée en tension très progressive à la sortie. La constante de temps vaut R3 x C1. L’ajout de C3 fait passer la réjection de l’alimentation de 60 à 80 dB.
Ici, le LM113 est une diode zener de 1,2V polarisée par R3. Le courant de sortie vaut 1,25V/R1. Cette source de courant fonctionne tant que la tension de sortie ne s’approche pas trop de la tension d’entrée (chute de tension Vin-Vout = 2,0V à 1A). Le courant de sortie vaut 1,25V/P1. La tension de sortie est défnie par 1,25 V x (1 + (R2/R1)). On choisit R4 = 2.R3 pour que la tension aux bornes de R4 atteigne 1,2 V (2 x 0,6 V) et compense la tension entre Vout et ADJ.
Le potentiomètre R2 ajuste les 2 tensions de sorties qui sont toujours identiques, sauf en cas de court-circuit. R2 ajuste la tension de sortie. R3 et R4 assurent un équilibrage des courant de sortie. On peut remplacer R2 (et non R1 !) par un potentiomètre de 100 Ohms. La tension 3,3 V est la tension approximative sur la patte Vin du LM317. Le LM317 est facile d’utilisation pour réaliser des alimentations stabilisées en tension et/ou limitées en courant.
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