Comment fabriquer une alimentation 12 volts de vos propres mains - exemples de circuits

Un régulateur de tension de 12 volts CC est un appareil utile pour la maison, le jardin ou le garage. Il n'est pas difficile de fabriquer soi-même un tel dispositif. Vous trouverez ci-dessous un schéma de l'alimentation 12V pour assembler leurs propres mains, ainsi que des conseils sur le calcul et la sélection des composants.

Types d'alimentations

Aujourd'hui, les alimentations à découpage sont largement utilisées. Ils présentent un avantage significatif par rapport aux circuits de transformateurs traditionnels en termes d'efficacité énergétique et d'encombrement. Ils sont considérés comme ayant un avantage indéniable avec des courants de charge supérieurs à 5 ampères. Mais ils présentent également des inconvénients, tels que la génération d'interférences RF sur le réseau électrique et sur la charge. Et le principal obstacle à l'assemblage à domicile est la complexité des circuits et la nécessité de disposer de compétences particulières pour fabriquer les pièces de bobinage. C'est pourquoi il est préférable pour le bricoleur moyen de réaliser une alimentation électrique de la manière habituelle avec un transformateur abaisseur de tension.

Lorsque la source de tension est utilisée

La gamme d'applications d'un tel PSU dans la maison est large :

• Alimentation électrique pour les luminaires à basse tension ;
• Chargement des batteries rechargeables ;
• Alimentation électrique pour les appareils de lecture audio.

Et bien d'autres usages pour lesquels une tension continue de 12 volts est nécessaire.

Schéma de principe d'une alimentation par transformateur

Schéma d'une alimentation électrique.

Le schéma d'une alimentation de 12 volts fonctionnant à partir du réseau 220 V se compose des nœuds suivants :

1. Transformateur réducteur. Il est composé d'un fer, d'un enroulement primaire et d'un enroulement secondaire (il peut y en avoir plusieurs). Sans entrer dans le principe de fonctionnement, il faut savoir que la tension de sortie dépend du rapport entre les enroulements primaire (n1) et secondaire (n2). Pour obtenir 12 volts, l'enroulement secondaire doit avoir 220/12=18,3 fois moins de tours que l'enroulement primaire.
2. Redresseur. Le redresseur est le plus souvent conçu comme un circuit à deux demi-périodes (pont de diodes). Convertit une tension alternative en une tension pulsée. Le courant traverse la charge deux fois dans un sens par période.
   Fonctionnement d'un redresseur demi-onde.
3. Filtre .. Convertit la tension pulsée en une tension continue. Il est chargé aux moments d'application de la tension, et déchargé lors des pauses. Il se compose d'un condensateur à oxyde de haute capacité, en parallèle duquel est souvent inclus un condensateur en céramique d'une capacité d'environ 1 µF. Pour comprendre la nécessité de cet élément supplémentaire, il faut rappeler que le condensateur à oxyde se présente sous la forme de bandes de feuilles enroulées en rouleau. Ce rouleau présente une inductance parasite, qui nuit sensiblement à la qualité du filtrage des interférences haute fréquence. Un condensateur de court-circuit RF supplémentaire est inclus à cet effet.
   Circuit de filtre équivalent avec oxyde et condensateurs auxiliaires.
4. Stabilisateur. Peut être omis. Les schémas de ces unités simples mais efficaces sont présentés ci-dessous.

Dans les sections suivantes, la sélection et le calcul de chaque élément de la source de tension continue de 12 volts sont abordés.

Sélection du transformateur

Pour obtenir un transformateur approprié, il existe deux possibilités. Fabriquer soi-même l'unité d'abaissement ou trouver une unité appropriée assemblée en usine. Dans les deux cas, vous devez garder à l'esprit :

• à la sortie du transformateur abaisseur, un voltmètre indiquera la tension effective (1,4 fois moins que la tension d'amplitude) lors de la mesure de la tension ;
• au niveau du condensateur de filtrage sans charge, la tension continue sera approximativement égale à la tension d'amplitude (on dit que la tension du condensateur "monte" d'un facteur 1,4) ;
• S'il n'y a pas de régulateur, sous charge, la tension aux bornes du condensateur va chuter en fonction du courant ;
• La tension d'entrée doit dépasser la tension de sortie pour que le régulateur fonctionne, et leur rapport limite l'efficacité du bloc d'alimentation dans son ensemble.

Il ressort de ces deux derniers points que la tension du transformateur doit dépasser 12 V pour que le PSU fonctionne correctement.

Bobiner soi-même le transformateur

Le calcul complet et la fabrication d'un transformateur de puissance fait maison sont compliqués, prennent du temps et nécessitent des outils et des compétences. C'est pourquoi nous allons envisager une méthode simplifiée : choisir un fer à repasser approprié et le convertir en 12V.

Si vous avez un transformateur prêt à l'emploi, mais pas de schéma de câblage, vous devez utiliser un testeur pour tester l'enroulement. L'enroulement présentant la résistance la plus élevée est probablement celui du secteur. Les autres enroulements doivent être retirés.

Ensuite, vous devez mesurer l'épaisseur du jeu de fer b et la largeur de la plaque centrale a et les multiplier. Le résultat est la surface de la section transversale du noyau S=a*b (en cm2). Cela détermine la puissance du transformateur P=. Calculez ensuite le courant maximal en ampères qui peut être tiré d'un enroulement de 12 volts : I=P/12.

Déterminez la zone centrale.

Ensuite, le nombre de tours par volt est calculé à l'aide de la formule n=50/S. Pour 12 volts, vous devez enrouler 12*n tours avec une réserve d'environ 20% pour les pertes dans le cuivre et dans le régulateur. Et si vous n'en avez pas, alors la chute de tension sous charge. Et la dernière étape consiste à choisir la section du fil d'enroulement selon le schéma pour une densité de courant de 2-3 ma/sq.mm.

Sélection de fils de cuivre.

Par exemple, nous avons un transformateur avec un primaire de 220V avec un ensemble de fer de 3,5cm d'épaisseur et une largeur à mi-longueur de 2,5cm. Donc S=2.5*3.5=8.75 et la puissance du transformateur =3W (environ). Alors le courant maximum possible à 12 volts I=P/U=3/12=0,25 A. Un fil de 0,35...0,4 mm² de diamètre peut être sélectionné pour le bobinage. Pour 1 volt vous avez besoin de 50/8,75=5,7 tours, vous avez besoin de 12*5,7=33 tours. Avec une réserve d'environ 40 tours.

Sélection d'un transformateur pré-assemblé

Vous pouvez essayer de sélectionner un transformateur du commerce dont l'enroulement secondaire est adapté au courant et à la tension. Par exemple, la série TPP propose des produits adaptés à des tensions secondaires proches de 12 volts.

L'avantage de cette solution est l'effort minimal et la fiabilité de la conception en usine. L'inconvénient est que le transformateur contient d'autres enroulements, et la capacité globale est conçue pour leur charge également. Ce transformateur sera donc perdant en termes de poids et de dimensions.

Sélection des diodes et construction du redresseur

Les diodes du redresseur sont sélectionnées en fonction de trois paramètres :

• Tension directe la plus élevée autorisée ;
• la tension inverse la plus élevée ;
• Le courant de fonctionnement le plus élevé.

Pour les deux premiers paramètres, 90 % des semi-conducteurs disponibles peuvent être utilisés dans un circuit de 12 volts, le choix étant principalement basé sur la limite de courant continu. La conception du boîtier de la diode et la manière dont le redresseur est fabriqué dépendent également de ce paramètre.

Si le courant de charge ne dépasse pas 1 A, on peut utiliser des diodes monoampères étrangères et nationales :

• 1N4001-1N4007 ;
• HER101-HER108 ;
• KD258 (" goutte ") ;
• KD212 et autres.

Pour les courants plus faibles (jusqu'à 0,3 A), les dispositifs KD105 (KD106) sont conçus. Toutes les diodes ci-dessus peuvent être montées verticalement ou horizontalement sur un circuit imprimé ou une plaque de montage, ou simplement sur des broches. Ils n'ont pas besoin de dissipateur thermique.

Le pont de diodes est composé d'éléments de faible puissance.

Si vous avez besoin de plus de courants de fonctionnement, vous devez utiliser d'autres diodes (KD213, KD202, KD203, etc.). Ces dispositifs sont conçus pour fonctionner sur des dissipateurs thermiques. Sans ces derniers, ils ne supporteront pas plus de 10% du courant nominal maximum. Il est donc nécessaire de choisir des dissipateurs thermiques disponibles dans le commerce ou de les fabriquer soi-même en cuivre ou en aluminium.

Une autre conception de pont de diodes.

Il est également pratique d'utiliser des assemblages de diodes de pont prêts à l'emploi KTs405, KVRS ou similaires. Il n'est pas nécessaire de les assembler, il suffit de connecter la tension alternative aux broches correspondantes et de supprimer la tension continue.

Assemblage KVRS3510.

Capacité du condensateur

La capacité d'un condensateur dépend de la charge et de l'ondulation qu'il permet. Il existe des formules et des calculateurs en ligne que l'on peut trouver sur Internet pour calculer la capacité avec précision. Pour vous entraîner, vous pouvez vous référer aux figures :

• Pour les petits courants de charge (dizaines de milliampères), la capacité doit être de 100...200 µF ;
• Pour des courants jusqu'à 500 mA, un condensateur de 470...560 uF est nécessaire ;
• jusqu'à 1 A - 1000...1500 uF.

Pour des courants plus élevés, la capacité augmente proportionnellement. L'approche générale est que plus le condensateur est grand, mieux c'est. La capacité peut être augmentée à volonté, la seule limite étant la taille et le coût. En termes de tension, un condensateur doit avoir une réserve importante. Par exemple, pour un redresseur de 12 volts, il est préférable d'utiliser un élément de 25 volts plutôt qu'un élément de 16 volts.

Ceci est vrai pour les alimentations non stabilisées. Pour les alimentations avec régulateurs, les capacités peuvent être réduites d'un facteur deux.

Stabilisation de la tension de sortie

Un stabilisateur n'est pas toujours nécessaire sur la sortie d'une alimentation électrique. Si vous avez l'intention d'utiliser l'alimentation avec un équipement de production audio, il est nécessaire d'avoir une tension stable à la sortie. Mais si un radiateur est utilisé comme charge, un stabilisateur est évidemment inutile. Pour Bandes LED peut se passer du module le plus complexe du PSU, mais d'un autre côté, une tension stable assure l'indépendance de la luminosité aux fluctuations du réseau et prolonge la durée de vie de l'éclairage LED.

Si la décision d'installer un régulateur est prise, le plus simple est de le monter sur une puce spécialisée LM7812 (KR142EN5A). Le circuit est simple et ne nécessite aucun réglage.

Le régulateur du 7812.

Une tension de 15 à 35 volts peut être appliquée à l'entrée d'un tel régulateur. Un condensateur C1 d'une capacité d'au moins 0,33 μF doit être installé à l'entrée et d'au moins 0,1 μF à la sortie. C1 est généralement un condensateur de l'unité de filtrage si les fils de connexion ne sont pas plus longs que 7 cm. S'il n'est pas possible de maintenir cette longueur, un élément séparé devra être installé.

Le 7812 est protégé contre la surchauffe et les courts-circuits. Mais il n'aime pas l'inversion de polarité à l'entrée et la tension externe appliquée à la sortie - sa durée de vie dans de telles situations se compte en secondes.

Important ! Pour des courants de charge supérieurs à 100 mA, l'installation du régulateur sur le dissipateur thermique est obligatoire !

Augmentation du courant de sortie du régulateur

Le schéma ci-dessus permet d'appliquer un courant jusqu'à 1,5 A au régulateur. Si cela ne suffit pas, un transistor supplémentaire peut être utilisé pour recharger le nœud.

Schéma avec transistor n-p-n

Transistor n-p-n externe.

Ce circuit est recommandé par les ingénieurs de conception et est inclus dans la fiche technique de la puce. Le courant de sortie ne doit pas dépasser le courant maximal du collecteur du transistor, qui doit être équipé d'un dissipateur thermique.

Circuit avec un transistor p-n-p

Si une triode à semi-conducteur de structure n-p-n n'est pas disponible, une triode à semi-conducteur p-n-p peut être utilisée pour recharger le stabilisateur.

Transistor p-n-p externe.

Une diode au silicium VD augmente la tension de sortie du 7812 de 0,6 V et compense la chute de tension à la jonction de l'émetteur du transistor.

Régulateur paramétrique

Si, pour une raison quelconque, un régulateur intégré n'est pas disponible, il est possible de concevoir une jonction avec un régulateur. Choisissez un régulateur avec une tension de stabilisation de 12 V et conçu pour le courant de charge approprié. Le courant maximal de certains régulateurs 12 V domestiques et importés est indiqué dans le tableau ci-dessous.

Schéma d'un stabilisateur paramétrique simple.

La valeur nominale de la résistance est calculée selon la formule :

R= (Uin min-Ust)/(In max+Ist min), où :

• Uin min - tension minimale d'entrée non stabilisée (doit être d'au moins 1,4 Ust), en volts ;
• Ust - tension stabilisée du régulateur (valeur de référence), en volts ;
• In max - courant de charge maximal ;
• Ist min - courant de stabilisation minimum (valeur de référence).

S'il n'existe pas de stabilisateur pour la tension requise, il peut être constitué de deux stabilisateurs montés en série. La tension totale doit être de 12 V (par exemple, D815A à 5,6 volts plus D815B à 6,8 volts donneront 12,4 V).

Important ! Les stabilitrons (même de même type) ne doivent pas être connectés en parallèle "pour augmenter le courant de stabilisation" !

Les stabilitrons ne sont pas connectés en parallèle.

Vous pouvez recharger un AVR paramétrique de la même manière - en connectant un transistor externe.

Schéma d'un stabilisateur de puissance.

Un dissipateur thermique doit être prévu pour le transistor de puissance. La tension d'alimentation sera alors inférieure de 0,6V à celle du régulateur Ust. Si nécessaire, la tension de sortie peut être ajustée vers le haut en incluant une diode au silicium (ou une chaîne de diodes). Chaque élément de la chaîne augmentera Uf d'environ 0,6 V.

Schéma d'un régulateur avec une diode régulatrice.

Régulation de la tension de sortie

Si la tension d'alimentation doit être régulée à partir de zéro, un régulateur paramétrique avec l'ajout d'une résistance variable est le meilleur schéma.

Régulation de la tension en douceur.

Une résistance de 1kΩ entre la base du transistor et le fil commun protégera la triode d'une défaillance en cas de rupture du circuit du curseur du potentiomètre. En tournant le bouton de la résistance variable, la tension de base du transistor passe de 0 à Ust stabilisé avec un décalage d'environ 0,6 volt. Notez que les paramètres du nœud seront moins bons en raison de l'utilisation d'un potentiomètre - la présence d'un contact mobile (même de bonne qualité) réduira inévitablement la stabilité de la tension de base du transistor.

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Obtenir une régulation de 0 à 12 volts avec un régulateur intégré de la série 78XX est beaucoup plus difficile. Si une plage de régulation de 5 à 12 volts est suffisante, vous pouvez utiliser une puce 7805 et l'allumer avec un circuit à potentiomètre. Le stabilitron devrait être pour environ 7 volts (KC168 avec ou sans diode, KC175, etc.). Dans la position inférieure du curseur du potentiomètre, la broche GND est connectée au fil commun et la sortie sera de 5 volts. Lorsque le curseur est déplacé vers la broche supérieure, la tension sur le curseur monte jusqu'au stabilisateur Ust et s'ajoute à la tension de stabilisation du microcircuit.

Il régulera en douceur de 5 à 12 volts.

Une puce LM317 peut être utilisée. Il possède également trois broches et est spécialement conçu pour créer des sources régulées. Mais ce régulateur a un seuil de tension plus bas, à partir de 1,25 volt. Il existe de nombreux circuits LM317 sur internet avec une régulation à partir de zéro, mais plus de 90 % de ces circuits sont inopérants.

Le schéma de câblage standard du LM317.

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Disposition des dispositifs

Une fois que tous les nœuds sont sélectionnés, ou que vous avez une idée claire de ce qu'ils seront, vous pouvez commencer à assembler le dispositif. Il est également important de comprendre le futur boîtier de l'appareil. Vous pouvez choisir une unité préfabriquée ou en fabriquer une vous-même si vous avez les matériaux et les compétences nécessaires.

Il n'y a pas de règles particulières pour la disposition des ensembles à l'intérieur du boîtier. Toutefois, il est conseillé de disposer les ensembles de manière à ce qu'ils soient connectés en série, comme indiqué sur le schéma, et sur la distance la plus courte possible. Les bornes de sortie doivent de préférence se trouver du côté opposé au câble d'alimentation. L'interrupteur d'alimentation et le fusible doivent être montés de préférence à l'arrière de l'appareil. Pour utiliser efficacement l'espace entre les boîtiers, certains des composants peuvent être montés verticalement, mais il est préférable de monter le pont de diodes horizontalement. S'il est monté verticalement, les flux d'air chaud par convection provenant des diodes inférieures s'écouleront autour des éléments supérieurs et les chaufferont davantage.

Pour ceux qui ne comprennent pas, regardez cette vidéo : Une simple alimentation électrique de vos propres mains.

Il est facile d'assembler une alimentation en courant continu avec une alimentation fixe. C'est à la portée du bricoleur moyen, qui n'a besoin que d'une compréhension de base de l'ingénierie électrique et de compétences d'installation minimales.