Alimentations linéaires régulées en tension 25/01/2001  Patrick ABATI 
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 Définition 
    Elles fournissent une tension pratiquement constante, ce qui permet de s'affranchir des variations de la charge et des variations de la tension du réseau, ceci dans des limites données. Les alimentations linéaires utilisent des transistors qui fonctionnent dans le mode proportionnel (ils conduisent plus ou moins pour assurer la régulation de tension). Par comparaison, les alimentations à découpage utilisent des transistors qui fonctionnent en commutation (état bloqué ou état saturé). L'étude suivante ne concerne que les alimentations linéaires à régulateur de tension intégré.

 Cahier des charges 
tension de sortie Vs (5v à +/-5%), réseau 230v / 50Hz
courant de sortie maximal Is (0,5A),
ondulation crête à crête (100mV maxi).

 Schéma du montage 
 schéma

* lorsque la charge Rc est constante, le courant Is est constant,
Vs=5v Rc=10 ohms Is=5/10=0,5A
Vs=5v Rc=100 ohms Is=5/100=0.05A=50mA.
* i est négligeable par rapport à Is d'où Ie = Is = Cte,
Ie étant constant, la décharge du condensateur se fait à courant constant,
Ie = C dVe/dt = Cte négative d'où Ve est une droite de pente négative.
* les condensateurs Ce et Cs évitent les oscillations et doivent être soudés le plus près possible du régulateur Rg.

 Allure de Ve(t) 
Ve(t)

 Régulateur de tension intégré 
     Son choix est fait sur catalogue, essentiellement à partir de Vs et de Ismax donnés par le cahier des charges. On choisit le MCT 7805CT (Tension de sortie 5v, courant de sortie maximal =1A > 0,5A).

Tension de sortie

Intensité de sortie maximale

Tension d'entrée minimale

Tension d'entrée maximale

Boîtier

Température

5v

1A

9v

35v

TO220

0 à +125°C

La régulation de tension est correcte si Ve > Vemini = 9v
Une tension Ve trop grande peut détruire le composant ( 35v ).

 Tension secondaire du transformateur 

Ceci conduit à une tension secondaire crête de 13+2+1,5=16,5v et une tension efficace de 11,7v.
Valeurs courantes des tensions (efficaces) des transformateurs TBT :
6, 9, 12, 15, 18, 20, 24, 30, 36, 40, 48v.
On choisit un transformateur 230v/12v.

Il faut recalculer les valeurs extrêmes de Vemaxi :
Vemaxi = 17-1,7-2 = 13,3v (chute de tension dans le redresseur de 2v et -10% réseau).
Cette valeur permet de choisir la capacité du condensateur.
Vemaxi = 17+1,7 = 18,7v (sortie à vide et +10% réseau).
Cette valeur permet de choisir la tension de service du condensateur.

 Condensateur de filtrage 
    Ie étant constant, la décharge du condensateur se fait à courant constant. Filtrage
t1 = 5ms
t2 est obtenu à partir de: Vemini = Vemaxi sin (w . t2) (t2 = 2,4ms)
    Le courant dans le condensateur est:
Ie = Cte = C . dVe/dt = C . ( Vemaxi - Vemini ) / ( t1 + t2 )
d'où C = Ie . (t1+t2) / (Vemaxi - Vemini) = 0,5 . (0,0074)/(13,3 - 9) = 860µF.
    Valeur courantes des capacités de condensateurs : 10, 15, 22, 33, 47, 68 (série 6 valeurs par décade). Exemple : 10µF, 150µF, 1000µF, 2200µF...
    Valeurs courantes des tensions de service des condensateurs : 6,3v, 10v, 16v, 25v, 35v, 40v, 63v.
    Remarque: un condensateur se choisit à partir de sa capacité ( tolérance de fabrication pouvant aller jusqu'à 50% ) et de la tension crête qui lui est appliquée.
On prend 1000µF ou 1500µF / 25v.

 Choix des diodes de redressement 
- courant moyen, (0,5A /2 les diodes conduisent 2 par 2),
- tension inverse maximale ( 18,7v ).
    On peut choisir des diodes 1N4001.

 Dissipateur 
    Son choix est fait à partir:
- de la puissance dissipée dans le régulateur (14,6 - 5).0,5 = 4,8W
Vemoy = (Vemax+Vemin)/2 = (18,7-2+12,4)/2 = 14,6v
- des différentes résistances thermiques RthJA....
- de la température maximale de la jonction du régulateur
- de la température ambiante.
    La résistance thermique symbolise l'aptitude aux échanges thermiques de deux milieux. Plus la résistance thermique entre 2 milieux est élevée, plus l'élévation de température de l'un des milieux sera grande.
    Analogie avec un circuit électrique:  

Rth

P = ( Tj - Tc ) / RthJC = ( Tc - Tr ) / RthCR = ( Tr - Ta ) / RthRA
Pour l'application: RthJC = 2°C/W, RthCA = 60°C/W, Tjmax = 150°C, Ta = 40°C
Tj = (RthJC+RthCA) . P - Ta = (2+60) . 4,8 + 40 = 338°C > 150°C Þ un dissipateur est nécessaire.
RthJC + RthCR + RthRA = (Tj - Ta) / P = (150-40)/4,8 = 23°C/W
en négligeant RthCR: RthRA = 21°C/W ( résistance thermique du dissipateur )

 Puissance apparente du transformateur 
    On choisit S = 1,5 à 2 fois Pe, avec Pe = Vemoy . Ie = 14,6 x 0,5 = 7,3W
    S = 11 à 14,6 VA
    Puissances courantes des transformateurs : 1, 2, 4, 6, 10, 12, 15, 20, 30, 50, 60, 80, 100VA...
    On choisit un transformateur 230v / 12v 12 ou 15VA.

 

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