Alimentation linéaire régulée ajustable 13,8V – 34V contrôlée en courant
C’est une alimentation, construite principalement pour alimenter un amplificateur RF de puissance soit en QRP, soit en QRO. La tension de sortie peut être choisie, dans une plage comprise entre 13,8 V et 34 V. Je l’utilise aussi comme alimentation de laboratoire pour tester mes montages. Le courant maximal de sortie peut être choisi entre 2 valeurs: 3A ou 0,55A.
Elle est le fruit d’un travail commun avec Michel F6FEO qui m’a apporté son conseil éclairé pendant la réalisation.
1. Schéma
Ci-dessous figure 1, Le schéma de l’alimentation réalisé avec le logiciel libre KiCad. Il est le résultat de la fusion d’un schéma fourni par Michel F6FEO portant notamment sur le contrôle de l’intensité, et d’un autre paru dans le W1FB QRP Notebook page 27 figure 3-1 qui traite du bruit dans les alimentations.
Le coeur du montage est un régulateur de tension intégré de type LM338K, version ancienne en boîtier TO-3 qui supporte 50W . Une version plus récente en boîtier TO-220 du LM3338T, supporte 25W. Attention sur ebay circulent de fausses versions du lm338K. Les fichiers KiCad sont disponibles ici .
Figure 1 – Schéma de l’alimentation
2. Le transformateur
J’ai opté pour une alimentation de type linéaire et non à découpage, l’abaissement de la tension secteur se fait grâce à un transformateur de type 230 V / 25 V provenant de Radiospare.
Le modèle Nuovem référence 0225P1-2-025, torique a deux enroulements secondaires 2x25V à 112,5VA chaque. Les 2 enroulements du secondaire sont câblés en série (fils repérés par couleur voir daatasheet) pour être utilisés en redressement double alternance avec 2 diodes qui nécessite un point milieu. Ainsi chaque secondaire pourrait supporter un courant théorique Imax=112,5/25=4,5A. Le transformateur est calculé large.
3. Redressement et filtrage
Chaque diode supporte la moitié du courant maximal de charge I=3/2=1,5A et supporte 2 fois la tension crête du secondaire = 25×1,414×2=71V.
Le filtrage pourrait être fait par un condensateur chimique de 6800 uF 63 V. Parce que je les avais en stock j’ai utilisé 2 condensateurs de 4700uF montés en parallèle. En règle générale on adopte une valeur comprise entre 1000 uF et 2000 uF par ampère, qui garantit une ondulation résiduelle assez faible en sortie.
4. Protection
Le primaire est relié à la terre. Il est protégé par un fusible à retard 2AT . Cela peut paraître beaucoup mais l’appel de courant pour la charge des condensateurs de filtrage est tellement fort à la mise sous tension que j’ai grillé bon nombre de fusibles avant de trouver la bonne valeur (merci Michel). Le secondaire est protégé par un fusible à retard 5AT. Tous les condensateurs ont une tension de service de 63V sauf les 2 condensateurs du primaire du transformateur qui ont une tension de service 1kV et les condensateurs en parallèle sur les diodes de redressement qui ont une tension de service de 100V.
Figure 2 – Courbe isopuissance 50W 25W
5. Limites de fonctionnement
Si un tel régulateur permet de faire une construction simple, il faut en connaître les limites. Toutes les combinaisons tension, courant ne sont pas possibles. Il faut l’utiliser en connaissance.
Une partie de la puissance est dissipée par le régulateur en chaleur. Elle est égale au produit de la différence de tension entre son entrée et sa sortie (Vs-Ve) par le courant I qui le traverse. La tension présente à l’entrée du régulateur est ici fixe. On la calcule Ve=25Vx1,414 – 1.5V=34V (37V réellement mesuré à vide). Supposons une tension de sortie réglée à 14 V, la différence de tension entre entrée et sortie du régulateur est alors 34V – 14V=20V. Si le courant demandé en sortie est de 1A, la dissipation de puissance du régulateur est 20V x 1A=20W. Cette puissance à dissiper est très grande, néanmoins elle est compatible avec le régulateur mais il faut un radiateur suffisant si on ne veut pas que le régulateur se bloque rapidement par protection contre la surchauffe. Avec un courant de 3A cela ne marcherait pas. Le régulateur LM338 possède une protection thermique, qui empêche l’utilisation du régulateur sous un courant de 3 A avec une telle différence de tension entre entrée et sortie.
Attention au boîtier. La puissance dissipée maximale est de 25 W en boîtier TO220 ou de 50 W en boîtier TO3.
Pour connaître le domaine d’utilisation de l’alimentation j’ai tracé la courbe d’isopuissance à 50W et 25W, figure 2 ci-dessus.
L’équation qui donne la puissance maximum de 50W dissipée par le régulateur en fonction de la tension de sortie v et le courant i peut s’écrire:
50 = (34-v)i ou encore v=f(i) = -50/i + 34. Définie pour i∈]0; 5A] et par construction pour v∈[13,8V ; 34V].
Ainsi la puissance dissipée par le régulateur sera < 50W pour v>-50/i + 34.
De même elle sera < 25W pour v>-25/i + 34.
Par exemple si i=2,5A il faudrait v>14V avec un régulateur supportant 50W à condition de dissiper toute la chaleur.
L’alimentation pourrait théoriquement débiter 3A à partir de 17,3V à condition que le régulateur LM338K soit refroidi suffisamment.
En résumé:
- Tension d’entrée=34V
- Puissance maximum dissipée par le LM338K: Pb max =50W
- Puissance maximum dissipée par le LM338T: Pb max =25W
- Intensité du courant maximum: Imax = 0.55A ou 3A
- Puissance en entrée du LM338: Pe = 34 * I
- Puissance en sortie du LM338: Ps = V * I si Pb < Pb max
- Puissance absorbée par le LM338K: Pb = Pe – Ps < 50W
- Puissance absorbée par le LM338T: Pb = Pe – Ps < 25W
Le fichier Graph est disponible ici.
6. Cablâge
A cette puissance, il est important d’utiliser du câble de forte section et d’étamer copieusement le circuit imprimé. J’ai utilisé du câble pour HiFi de 2,5mm² et 0,75mm².
Les connexions des résistances et condensateurs autour du régulateur doivent être faites au plus court et soudées au même point.
7. Réalisation
Le circuit a été scindé en 2 parties. La première est le redresseur, la seconde, la régulation.
Les bobines RFC1 et RFC2 ont été réalisées avec 2 grosses perles de ferrite provenant d’une alimentation de serveur HS. J’ai bobiné 10 tours de fil 0.9mm. L’inductance mesurée=100uH.
Deux galvanomètres, l’un pour la tension en parallèle sur la sortie, l’autre pour le courant en série avec la sortie, sont montés sur le boîtier.
L’alimentation est montée dans un boîtier métallique pour favoriser l’évacuation de la chaleur.
La base du boîtier provient d’une alimentation HS de PC. Le transformateur et le module redresseur sont placés dans le fond du boîtier.
Le module régulateur est placé sur une large cornière alu de 185x40x2mm fixée elle-même sur le panneau arrière.
Ci-dessous les photos montrant les étapes de fabrication.
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