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A manger, ou comment alimenter ses montages 5V |
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| Publié le jeudi 24 novembre 2005. | ||
| Mis à jour le vendredi 25 novembre 2005. | ||
Auteur(s)
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Des mêmes auteursEric |
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A défaut de disposer d’une alimentation de labo, il est possible de fabriquer à très peu de frais un petit montage fournissant du 5V régulé à partir d’une tension entre 12 et 7V (typiquement, à partir d’un pile 9V ou d’un jeu d’accus (par exemple un pack 6 éléments Cd-Ni).
Le schéma
Plus simple que cela, tu meurs :
Les différents composants sont :
- un régulateur 5V : un petit 78L05 boitier plastique par exemple pour un circuit à faible consommation (moins de 100mA), sinon un 7805 en boîtier avec dissipateur pour les plus gourmands (150mA sans radiateur, et jusqu’à 1A avec)
- des capas de filtrage :
- deux électrochimiques de bonne valeur (ici 100 µF et 10 µF) pour absorber les plus grosses fluctuations
- deux céramiques de 100 nF pour éliminer les perturbations haute fréquence
Le montage
C’est selon vos goût, sachant que ce "module" peut être intégré dans un schéma plus complet également. Pour une alimentation volante de vos expérimentations sur plaquette sans soudure, un câblage sur plaquette à pastilles ou à bandes fera très bien l’affaire.
A vos fers à souder.
Répondre à cet article
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26 octobre 2007, par Adrien
Bonjour,
Je réalise une carte alimentée sur secteur 220V. J’ai besoin d’utiliser une tension de 30VDC(@1A) pour alimenter des LEDs High power et de 5V(@100ma) pour mes circuits logiques. Ma première solution est de prendre un transfo délivrant 22Veff , redresser, filtrer et hop, on a un 30V (avec une ondulation selon la consommation des LEDs). Ensuite j’utilise 3 DC/DC (LM3402) pour fournir une alimentation en courant constant à mes LEDs RGB (je varie après l’intensité lumineuse avec une PWM issu d’un PIC). Le problème est pour le 7805. Une entrée à 30V(+-10%) et une sortie à 5V pour 0.1A me font 2.5W. Comment faire chuter la tension avant le régulateur pour ne pas utiliser un radiateur (problème de cout) ? Je pensais mettre une résistance en entrée de 200 Ohm par exemple. Ca me ferait une chute de tension de 20V@0.1A et une dissipation de 2W dans la résistance. Qu’en pensez vous ? Avez-vous une autre solution ?
Merci
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Bonjour,
Ca marcherait, mais ce n’est pas optimum. D’une part, il faut être certain que la consommation aval ne va pas faire varier la chute de tension dans la résistance avec une trop grande amplitude, ce qui risquerait de sortir de la plage de fonctionnement du 7805. Je n’ai pas les datasheets du 7805 en tête, mais 30V doit commencer à être relativement proche de sa tension d’entrée max. De plus, on dissipe énormément d’énergie en pure perte, ce qui n’est pas très en phase avec les volontés actuelles d’optimisation des consommations énergétiques :-)
Puisqu’il y a déjà des DC/DC dans le paysage, j’en utiliserais tout simplement un pour le 5V aussi. Rendement optimal (80 à 90% selon le modèle), coût relativement modique actuellement et tranquillité d’esprit vis à vis de la chute de tension.
Une autre option serait de trouver un transfo à double enroulement. On aurait ainsi une tension alternative médiane de l’ordre de 12V (sur la base d’un 2x12V par exemple) qui serait plus adaptée à la génération du 5V.
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27 octobre 2007, par Adrien
Bonjour, avec un double secondaire il faudrait donc que je relie les enroulements en série. Cela revient à un transfo à point milieu non ? Et ensuite, est-ce que je peux utiliser un seul pont de diode (la phase au point milieu, suivant la tension de l’autre phase) ? Sinon je pensais à un LM317 qui accepte cette chute de tension. Pour un convertisseur DC/DC régulé en tension, tu me conseillerais quel modèle ?
Merci
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Quand je parlais de double secondaire, ça pouvait aussi être un secondaire avec point milieu. Dans tous les cas il faut un pont de diodes par sortie secondaire utilisée.
Le LM317 peut convenir, mais tu vas dissiper la majeure partie de la puissance consommée en pure chaleur. Pas très économe ni écolo ;-)
Pour ce qui est du DC/DC, je n’ai pas de référence particulière à conseiller. Bon, c’est un peu plus cher, mais c’est plus classe ;-) et surtout ça ne chauffe quasiment pas, donc pas de radiateur, pas de gros boitier,...
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Bonjour Je dois créer 4 detecteur de lumiére mais je ne dispose pas de generateur de labo. Comment faire avec une seule alimentation brancher sur le secteur alimenter mes 4 detecteur de lumiere ?
Encore merci
Au revoir
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5 septembre 2007, par Eric
Je ne suis pas certain de bien comprendre la question.
Si on veut alimenter plusieurs montages à partir d’une même alimentation, s’ils fonctionnent tous avec la même tension d’alim, il suffit de les brancher en parallèle.
Si les différents montages sont un peu éloignés les uns des autres, je conseille cependant de ne pas tirer des lignes d’alimentation régulée (c’est à dire à partir de la sortie du montage décrit dans cet article) trop longues car elles vont récolter tous les parasites qui traînent et le montage qui est alimenté par ce biais risque d’être perturbé par ces parasites et d’avoir quelques problèmes de fonctionnement ou de fiabilité. Ce qu’il faut faire alors est de placer la partie génération de la basse tension non régulée (c’est à dire le transfo, le pont redresseur et une grosse capa chimique de filtrage) à un endroit, de tirer une ligne basse tension vers chacun des montages, et de placer un circuit régulateur comme celui décrit ici au niveau de chaque montage (détecteur dans ton cas)
Plus de précision sur ce que tu veux réellement faire me permettrait de donner une réponse éventuellement plus appropriée.
Cordialement
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Svp vous pourriez pas me dire comment je dois faire pour avoir : 1,5 V a la sortie (entrée:12V) Merci davance
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12 mai 2007, par Eric
Il suffit de choisir un régulateur correspondant à cette tension de sortie. STMicroelectronics propose notamment les modèles LF15xx (15 signifiant 1.5V), qui acceptent jusqu’à 16V en entrée. On peut les trouver chez Farnell par exemple, qui met également à disposition leur notice technique.
Attention cependant à la puissance qui va être dissipée par le régulateur. En effet, si I est le courant utilisé par ce qui est alimenté par le régulateur, et si la tension d’entrée est de 12V comme indiqué, le régulateur va devoir dissiper une puissance égale à I x (12 - 1.5), soit 10.5 x I. Cela peut donc représenter rapidement plusieurs Watts, et il faut alors prendre les dispositions nécessaires (dissipation thermique par radiateur par exemple) si on ne veut pas voir le régulateur se transformer en grille-viande dans un premier temps, puis en petit tas de plastique fondu au bout de quelques minutes.
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Si on veut utiliser ce montage pour plusieurs cartes 5V, peut-on mettre à la suite plusieurs connecteurs en parallèle ou bien y a-t-il une électronique à intercaler entre chaque ?
Merci.
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3 septembre 2006, par Eric
Tant qu’on reste dans la capacités en courant du régulateur, on peut alimenter plusieurs cartes en parallèle.
Je conseillerais éventuellement d’ajouter une capacité de découplage 100nF sur l’alimentation de chaque carte pour limiter les "pollutions" d’une carte par un autre via l’alimentation.
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8 janvier 2006, par Eric
Ci-après la retranscription d’échanges de mails récent avec un lecteur concernant quelques explications relatives aux condensateurs de filtrage. A toutes fins utiles....
Bonjour,
j’ai bien lu votre texte sur l’alimentation des montages en 5V. Néanmoins etant débutant il y a toujours de nombreuses questions que je me pose. J’ai du mal à comprendre comment on détermine la valeur des condensateurs, grâce à quels calculs, lois, etc...
De plus, dans tous les montages que je vois je peux voir des condensateurs mais je n’arrive pas bien à comprendre exactement leur utilité. J’ai bien sûr lu beaucoup de documentation sur le sujet mais tout cela reste abstrait, je serai incapable de créer un montage perso qui utiliserait un condensateur ( pourquoi ? comment determiner sa valeur ? etc..).
des capas de filtrage :
— deux électrochimiques de bonne valeur (ici 100 µF et 10 µF) pour absorber les plus grosses fluctuations
— deux céramiques de 100 nF pour éliminer les perturbations haute fréquenced’apres http://perso.wanadoo.fr/e-lektronik/LEKTRONIK/C2.htm#C243 je sais que : "Le rôle du condensateur de filtrage, généralement un électro-chimique de forte capacité, est de réduire l’ondulation d’une tension redressée lorsqu’on passe, par exemple dans une alimentation, d’une tension alternative à une tension continue. Il permet, en quelque sorte, de "lisser" la tension ondulée."
Voilà en fait en envoyant ce mail j’aurai souhaiter savoir si vous pouvez m’aiguiller vers un site qui me presenterait de maniere "pratique" l’utilité des condensateurs ou bien simplement me dire comment vous determinez ceux présent dans votre montage.
Merci d’avance
— Envoi via le site PoBot : Robotique Sophia-Antipolis (http://www.pobot.org/) —
Réponse faite :
Comme indiqué dans le texte, les condensateurs servent à éliminer les fluctuations résiduelles sur une tension continue. Ces fluctuations sont principalement de deux natures :
parasites (haute fréquence) générés par des élements externes
(moteurs, autres circuits électroniques)
fluctuations de la tension suite à des variations importantes de
l’intensité consommée par exempleDans l’utilisation qui en est faite ici, il faut les considérer comme des réservoirs tampon qui vont être capable d’aborber ces fluctuations et donc de "nettoyer" la tension continue en la rendant le plus continue possible.
Pourquoi utiliser 2 types de condensateurs : tout simplement à cause des valeurs (capacités) requises. On peut se reporter à des cours de base d’élec et y trouver les formules de calcul de la résistance présentée par un condensateur en fonction de sa capacité et de la fréquence du signal périodique concerné, mais il y a une façon plus "pratique" de voir la chose.
Si on reprend l’analogie du réservoir tampon, on voit que pour absorber efficacement des fluctuations importantes et de fréquence faible (par exemple les variations de tension liées à des variations de consommation) il nous faut un réservoir de grande capacité. Par contre pour des perturbations de plus faible amplitude et de fréquence plus élevée, un réservoir de petite capacité suffit. Mais alors me direz-vous, autant n’en mettre qu’un gros et c’est bon, puisque qui peut le plus peut le moins. Dans l’absolu oui, mais dans la pratique non, pour des raisons de réalisation des condensateurs.
Les condensateurs de forte capacité ne peuvent être que de type électro-chimiques (polarisés de surcroît). Leur défaut est une espèce "d’inertie" qui les rend inefficace en termes de réaction face à des changements rapides, et donc pour des signaux de fréquence élevée. C’est pourquoi on les double d’un condensateur céramique de faible capacité pour traiter ces perturbations.
Quant aux choix des valeurs maintenant. Encore une fois, on peut les retrouver via les formules théoriques. Dans le type d’application que nous faisons, nous les roboticiens du dimanche, un choix empirique est tout aussi bon, car basé sur le vécu. La règle est donc :
prendre un électrochimique de plusieurs dizaines, voire centaines, de
µF pour le filtrage des fluctuations importantes (la capacité sera
d’autant plus importante que les flucturations pressenties et le courant
consommé le seront)
ajouter en parallèle un céramique de 100nF (valeur passe-partout) pour
le filtrage des hautes fréquencesEn ce qui me concerne, je double la mise : un tandem chimique+céramique en amont du régulateur et un autre en aval. Abondance de biens de nuit pas.
Si on veut voir les choses sous un angle plus théorique, il faut savoir qu’un condensateur présente une résistance d’autant plus faible au passage d’un signal que sa capacité est forte et que la fréquence du signal est importante. Une condensateur présente donc une résistance infinie pour un courant continu, dont on peut considérer qu’il a une fréquence nulle. Notre tension d’alimentation perturbée est la superposition de la tension continue et de signaux périodiques constituant les perturbations. Vu qu’on branche les condensateurs de filtrage en parallèle sur les lignes d’alimentation (entre le + et la masse donc), ils vont donc agir comme des court-circuits d’autant plus directs que la fréquence du signal de perturbation est importante. D’où l’élimination des tels signaux. Par contre ils vont être sans effet sur la composante continue, puisque présentant une résistance infinie pour elle.
Voilà, j’espère avoir un peu éclairci les choses.
Cordialement
Eric
Bonjour,
merci de votre réponse précise et rapide, cela éclairci en effet plusieurs points que je n’avais pas bien assimilé.
En revanche il y a une chose tout à fait basique que je ne comprend toujours pas, d’apres ce que je lis sur les documentations j’en déduis que dans un courant continu les condensateurs ne laissent pas passé le courant. C’est cette propriété qui me semble assez "étrange" car je ne comprend pas comment les electrons peuvent continuer de circuler dans le circuit si ils sont bloqué au niveau du condensateur ?
Merci encore.
Réponse faite :
C’est toute la différence entre courant continu et courant alternatif. En effet, le courant continu est bloqué par le condensateur (tout au moins lorsque celui-ci est arrivé à pleine charge) car les armatures qui composent tout condensateur ne sont pas reliées entre elles électriquement. Par contre, un courant alternatif qui lui change de sens (que ce soit périodiquement ou non), pourra se maintenir. En effet, le condensateur va alors se charger et décharger successivment selon le sens du courant, et donc les mouvements d’électrons ne seront pas bloqués... tant que ces mouvements, tant en "amplitude" qu’en volume restent compatibles avec la capacité du condensateur, ce qui engendre la notion de fréquence de coupure d’un filtre réalisé avec un condensateur.
Pour bien comprendre ce mécanisme, il suffit de considérer l’analogie hydraulique, dans laquelle un condensateur se présente comme un réservoir ouvert aux deux extrémités, et séparé en deux parties par une membrane élastique. Tant que la membrane peut se déformer, on peut envoyer du liquide d’un côté (on charge le condensateur), et du liquide est expulsé de l’autre côté : le courant "passe". Dès que cette limite est atteinte, on ne peut plus. Si on force en augmentant la pression (ie la tension), on pête la membrane (et idem pour le vrai condensateur). Si maintenant on communique un mouvement alternatif de va et vient au liquide, tant qu’on reste dans la limite d’élasticité de la membrane, ce mouvement ne sera pas empêché, et en d’autres termes, notre *signal* alternatif va "traverser" le condensateur.
Le point important à retenir est qu’il faut faire la différence entre signal variable (alternatif, périodique ou non) et signal continu. Dans le cas du premier, et s’il est symétrique, il n’y a pas de transfert de charge électrique si on l’intègre dans le temps, puisque globalement, ces charges effectuent un mouvement de va-et-vient. Dans le cas du courant continu, on effectue un transfert de charges entre les pôles du générateur de tension ou courant.
Petite remarque au passage pour souligner cette nuance entre signal et mouvement de charges : on considére que le courant électrique se propage à la vitesse de la lumière dans un conducteur. C’est vrai et faux : ce qui se propage à cette vitesse est le signal, soit l’onde de mouvement des électrons, et non les électrons eux-même, qui si ma mémoire est bonne, ont une vitesse intrinséque plus proche du m/s (en fonction du matériau et de la température). C’est comme quand on jette une pierre dans l’eau : ce qu’on voit se propager, ce sont les ondes de mouvement et non les molécules d’eau, qui elles reste quasiment sur place, au mouvement vertical de l’onde près.
Cela est-il plus clair ?
Eric
Bonjour,
merci pour cette réponse, j’avoue que ça me parait deja beaucoup plus claire.
Bonne continuation pour le site pobot et j’espere que vous ecrirez encore beaucoup d’articles.
Salutations.
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Je crois que la réponse figure dans le message ci-dessus. L’avez-vous lu ?
En résumé, ils jouent le rôle de filtre pour éliminer les fluctuations de tension dues aux variations de courant consommé par le circuit alimenté, et également les parasites pouvant être générées par tous les circuits en présence. Les condensateurs de forte capacité (électro-chimiques) se chargent des perturbations pour les fréquences les plus basses et d’amplitude les plus fortes (on peut les voir comme une sorte de réservoir tampon), tandis que les condensateurs de faible capacité éliminent les perturbations hautes fréquence (parasites) en les court-circuitant vers la masse (n’oublions pas qu’un condensateur présente une résistance au courant alternatif d’autant plus faible que la fréquence est élevée.
Relisez en détail la compilation de réponses qui précède pour tous les détails.
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9 octobre 2007, par ChristopheBonjour j’ai une petite question à propos d’un petit circuit que j’ai réalisé ? J’ai réalisé d’après un plan, un petit circuit élecrtrique où j’utilise un condensateur de faible capacité mais prévu pour le circuit en question. Simplement j’ai voulu brancher un autre circuit qui est relié au premier circuit mais où là je n’ai à la base pas besoin de condensateur. J’aurais aimé savoir si le fait d’avoir branché ces deux circuits ensemble, est ce que le condensateur du premier circuit risque de nuir à mon deuxième circuit où là il n’y à apparement pas besoin de condensateur ? (Sachant que les deux circuits utilisés sont de même puissance 12). Merci de votre réponse en espérant avoir été clair ! Cordialement.
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9 octobre 2007
Bonjour,
Difficile de dire cela sans voir de quels circuits il s’agit.
Le mieux serait de me faire parvenir les schémas des 2 circuits à eric at pobot dot org (en remplaçant at et dot par ce qui va bien)
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2 décembre 2005, par Mindiell
Coucou,
merci ca a l’air très intéressant. Je peux mettre ca derrière mon alim réglable 0-20V ? Ca me permettrais de pas la régler au poil près pour faire 3 essais :)
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2 décembre 2005, par Eric
Oui bien entendu.
Il faut juste la régler à quelques volts au-dessus de 5V et en restant sous les 10V environ, histoire que la puissance dissipée par le régulateur (ègale à chute de tension entre ton alim et 5v multipliée par intensité consommée par le montage en aval) ne dépasse pas les capacités de dissipation du régulateur utilisé. Pour un régulateur classique, il faut être au moins 2V au-dessus de la tension de sortie. Dans notre cas d’une tension de sortie de 5V, règle ton alim vers les 8-9V
Pour info, il existe des régulateurs dits "low-drop" avec une chute de tension minimale bcp plus faible, qui autorisent donc une tension d’entrée plus proche de la tension de sortie.
Merci pour ta visite :-)
Cordialement
Eric
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9 mars 2007, par CHRISTOPHE
Bonjour,
Je suis à la recherhce d’un régulateur 5V (alimenté en 12V) pour circuit imprimé, est-ce que cela existe ?
Merci d’avance. Christophe
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Bonjour,
Si par "régulateur pour circuit imprimé" tu veux dire "composant", la réponse est oui bien entendu. Celui que je cite (de la famille des 7805) peut monter jusqu’à au moins 24V en entrée. Et il y en a des tas de ce genre, il suffit juste de faire une petite recherche sur Google. Quelques datasheets sont également disponibles dans la rubrique régulateurs.
Par contre, il faut être attentif à la puissance qui va être dissipée par le régulateur lorsqu’il va être en fonctionnement. En effet, ce type de régulateur, dit linéaire, se contente de dissiper la puissance en trop sous forme de chaleur. Imaginons par exemple que le montage alimenté consomme 500mA (soit donc 0.5A) et que le régulateur soit alimenté en 12V. La puissance qu’il va dissiper est de :
P = (12v - 5v) * 0.5A = 3.5W
Que représente la différence 12 - 5 : tout simplement la chute de tension que le régulateur provoque pour limiter la tension de sortie à 5V.
Une puissance de 3.5W commence à faire pas mal de chaleur et il va falloir monter un dissipateur correct (radiateur) sur la petite languette métallique du boitier qui fait office de dissipateur intégré pour les faibles puissances.
Il faut donc savoir à peu près quelle est la consommation du montage pour prendre ce type de décision. Si le courant avait été 10 fois moins important, on pouvait se passer de dissipateur, et même sélectionner un régulateur en petit boitier plastique (TO92) qui ressemble à un transistor.
Lorsqu’on doit opérer une grande réduction de tension comme dans le cas présenté, on se tourne de plus en plus vers les convertisseurs DC-DC qui ne travaillent pas par dissipation d’énergie (quel gaspillage !) mais par hachage du courant (les fameuses alimentations à découpage). Ils sont plus chers que les régulateurs linéaires, demandent quelques composants particuliers tels que des selfs, mais offrent des rendement avoisinant les 80-90% (alors que dans notre exemple nous sommes à 40% seulement (5V/12V). Là encore, une petite recherche Google pourra te donner plus d’information sur le sujet.
Cordialement.
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20 mai 2007, par (((_basskluture_))) - meet me at audiofanzine
bonjour,
tout d’abord bravo pour cette explication extremement claire !!!
je suis tombé sur ces messages car je cherche une solution pour filtrer le +5V DC d’un port USB qui alimente un periphérique audio... en parasites !!!
suite a la lecture de cet article, je souhaitais installer 2 condensateurs en parallele. est ce judicieux ?
cela va t-il modifier la valeur de la tension delivrée ?
si je ne met pas de resistance (pour ne pas abaisser la tension) comment calculer la freqence de coupure du filtrage ?
merci de votre reponse !
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Merci pour l’appréciation :-)
Si tu ajoutes des condensateurs simplement en parallèle, tu ne vas faire qu’augmenter la capacité résultante. Pour faire un filtre avec fréquence de coupure spécifique, il faut faire une cellule RC à mon avis. Je n’ai pas essayé ce genre de chose, et ai un peu oublié mes cours depuis les années, mais ça doit être correct.
S’il s’agit de filtrer des fréquences élevées (ce qui doit être le cas dans ton application), tu peux aussi expérimenter avec une self en série, ce que ne devrait pas avoir autant de conséquences sur la tension.
L’autre piste est de placer le filtre RC avant le régulateur, ce qui supprime le problème de la chute de tension causée par la résistance. Je commencerais par cette option en fait.
Tout ceci n’est que supputation car je suis loin d’être un spécialiste du filtrage.... ni de quoi que ce soit d’ailleurs :-D
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