Une alimentation pour postes batteries

Je possèdais déja plusieurs alimentation HT à tubes ou à transistors mais aucune ne pouvait me donner plusieurs tensions simultanément. L'idée m'est donc venue de construire cette alimentation, capable de donner jusqu'a 120V sous 55mA en étant stabilisée. Le transfo que j'ai mis en place permet de tirer beaucoup plus, jusqu'a 150mA sans problème mais la tension ne serait plus stabilisée dans ce cas.

Après une bonne discussion avec l'ami Pierre Genet qui est toujours de bon conseil, le principe de régulation avec des diodes zeners a été retenu. J'aurai pu aussi prendre des LM783 qui régule jusqu'à 120V, mais ca sera pour une prochaine fois. Je suis parti sur une base de transfo de poste dont j'ai supprimé les secondaires. Il faudra bobiner un secondaire HT donnant 120V alternatifs, et un secondaire BT pour l'alimentation filaments, mais nous y reviendrons.

Concernant le schéma, libre à vous de faire plein de modifications. Par exemple, vous pouvez rajouter d'autres tensions de filaments, mettre un potentiomètre pour les tensions filaments, changer le régulateur ou en mettre 2 en parallèle pour avoir plus de puissance, rajouter d'autres zeners pour monter plus haut en tension, mettre des commutateurs pour avoir un choix de tensions plus important, mettre plus de sorties, etc, etc...

Le schéma :

Alimentation HT et polarisation :

Le redressement de la tension HT se fait avec un pont de diode, qui est ensuite filtré par une capa de 470mF. La tension disponible alimente une rampe de 29 zeners de 5.1V et il suffit de piquer au bon endroit la tension désirée en sortie. On s'arrangera pour réserver les 5 premières zeners pour la tension de polarisation, le 0V de référence se trouvera ici exactement à la cinquième position. Nous aurons la tension positive HT après ce point et la polarisation négative avant ce point. Le réglage de la tension de polarisation s'effectuera par un potentiomètre de 25K que nous brancherons aux extrémités des 5 premières zeners. La tension de polarisation est donc disponible au niveau du curseur du potentiomètre et je la fais passer volontairement par une résistance de 4.7K en cas de court-circuit (un malheur est si vite arrivé), ce qui évitera de brûler le potentiomètre. J'ai vérifié et ca tient !!!

J'ai choisi plusieurs tensions HT qui m'intéressaient. Je voulais pouvoir alimenter un poste batterie et donc avoir au moins les tensions 0, 40V, 80V, 120V disponibles simultanément. Mais une tension plus faible de l'ordre de 30V m'intéressait aussi. Je voulais aussi les tensions des petits postes à piles portatifs : 67,5V et 90V. Et comme il restait un peu de place, j'ai rajouté 100V et 110V.

Mon choix de tensions se fait avec 4 petits inverseurs à 2 positions, donc je dispose de 4 sorties, avec 2 tensions possibles par sortie, mais libre à vous de mettre des commutateurs 12 positions et de disposer de toutes les tensions possible de 5V en 5V. Vous pouvez aussi vous dispenser de commutateurs et relier directement les tensions qui vous intéressent sur les fiches bananes chassis directement.

L'alimentation décrite ici, n'est pas précise au volt près. 40V par exemple n'est pas un multiple de 5.1V, en fait nous aurons 40,8V... Mais la précision importe peu dans l'utilisation qu'on en fait. C'est plutot la stabilisation et la régulation qui nous intéressent et jusqu'a 50mA, force est de constater, que l'alimentation se comporte très bien, avec des chutes de tensions extrêmement faibles.

Les zeners de 1.3W ont l'air petites mais n'oublions pas que nous en mettons 29 en série et cela permet d'avoir une puissance confortable. Par exemple si nous prenons 120V sous 50mA, cela représente une puissance de 6W. Si nous prenons en considération que l'ensemble de la rampe de zener tient 37W environ, nous sommes tranquilles...

REMARQUE IMPORTANTE :

Comme la justement fait remarquer Jacques, le Webmestre de TSF-RADIO (que je remercie au passage, car j'avais oublié de signaler ce détail), une alimentation à base de diodes zeners doit forcément comporter une résistance de protection. C'est cette résistance qui permet de faire chuter la tension de sortie de l'alimentation, pour qu'elle arrive à la tension des zeners. En résumant, quand l'alimentation fonctionne a vide, sans charge extérieure, ce sont les zeners qui vont servir de charge. Elles consomment plus ou moins de courant suivant la régulation que nous voulons obtenir.

Si par exemple, elle doivent réguler une tension jusqu'a une intensité de 50mA, nous devons nous assurer, que pour une consommation de 50mA sur l'alimentation la chute de tension à travers la résistance nous fasse arriver à la tension des zeners.

Par exemple :
Mettons que nous ayons :
    - 162V en sortie d'alimentation.
    - l'alimentation devra fournir une tension stable jusqu'a 50mA d'intensité.
    - l'ensemble des zeners régulent 148V

Nous devons maintenant mettre une résistance de protection. Cette résistance devra faire chuter la tension de 162V à 148V pour une consomation de 50mA, soit une chute de tension de 14V.

En prenant la formule U = R x I ou R = U / I nous aurons :

R = 14 / 0.05 = 280 ohms.

La résistance de protection devra donc faire 280 ohms si nous voulons réguler jusqu'a une intensité de 50mA, mais n'oubliez pas que votre transformateur a aussi sa résistance propre et qu'elle est relativement élevée compte tenu du nombre de tours de fils sur le secondaire HT.

Sur mon alimentation, en la chargeant (sans les zeners) avec une résistance appropriée, je me suis apercu que la résistance interne était de 200 ohms environ.

Donc, avec 162V en sortie d'alimentation je devais faire chuter la tension de 14V. 2 solutions se présentaient :

1) Me limiter à 50mA. Donc je devais mettre 280 ohms de protection. Avec 200 ohms en interne dans le transformateur je devais donc rajouter 80 ohms en série

2) Autre solution : Je dois de toute facons faire chuter de 14V et ma résistance est de 200 ohms dans le transformtateur. Dans ce cas, si je mez contente de cette résistance de 200 ohms, qu'elle est la consommation nécessaire pour faire chuter ces 14V ? U = R x I et I = U / R
I = 14 / 200 = 70mA

Mon transformateur tient sans problème ce débit mais les zeners ?

Nous avons 148V sous 70 mA soit une puissance de 148 x 0.07 = 10,3 Watts.
Nous avons 29 zeners de 1.3W, qui permettent donc au maximum de supporter 37 watts, nous sommes donc protégés sans aucun soucis...

Voila, je tenais à préciser pourquoi je n'avais pas mis de résistance de protection et j'ai laissé en marche mon alim pendant 48 heures de suite, je peux vous dire qu'elle tièdit un peu mais c'est tout.

L'alimentation BT :

La régulation et la stabilisation se font grâce au célèbre régulateur LM317 qui permet d'avoir jusqu'à 1.5A en sortie, ce qui est plus que suffisant pour la plupart des postes batteries.

Le transformateur donne une tension de 12V alternatif environ, il alimente un pont de diode classique pour le redressement. Nous avons ensuite un filtrage de 1000mf suivi du régulateur de tension, la résistance de 220 ohms est présente dans tous les schémas d'utilisation du LM317 et vous pouvez trouver ce genre de montage dans les datasheets correspondants. J'ai opté pour choix de tensions par commutation, mais vous pouvez mettre un potentiomètre, ou bien même un seule résistance fixe si vous destinez cette alimention pour des postes 4V uniquement.

Sachant que la résistance de 220 ohms est fixe et que la tension Vref=1.25V, la formule de calcul suivante vous permettra de calculer les résistances dont vous aurez besoin pour vos tensions.

Vo=Vref x (1+ (R/220) )

Et en ce qui nous concerne
   R= ( (Vo/1.25) -1 ) x220

Par exemple pour 1.4V en sortie cela donne
   R= ( (1.4/1.25)-1) x 220
   R= ( 1.12 -1) x 220
   R = 0.12 x 220
   R = 26.4 ohms, donc on peut mettre 27 ohms.

Comme le commuateur met des résistances en série, il ne faut pas oublier d'ajouter les résistances précédentes à votre calcul.

La pièce maîtresse, le transfo :

Il s'agit d'un transformateur équipant un poste avec haut-parleur à exitation. Comme j'en ai dans les tiroirs, je prends ceux la en priorité plutot que ceux qui donne 2 x 240V et qui sont utilisables plus facilement et qui évite de mettre des selfs ou des résistances chutrices énormes pour avoir 250V continu au final. Celui-la avait 2 x 350V en HT, un secondaire 5V ainsi qu'un 6.3V.

Je ne vais pas faire un cours sur le bobinage de transformateurs, d'autant plus que l'opération est très bien détaillée dans le chapitre consacré au lampemètre

Voici quand même résumées les différentes étapes...

Tout d'abord il faut faire un relevé des tensions :
   - Mettre un cordon secteur provisoire
   - Vérifier que le selecteur de tensions est bien positionné et brancher le transfo
   - mesurer les tensions des secondaires HT et BT
   - Débrancher le transfo et dessouder le cordon secteur

Le démontage du transformateur :
   - Bien repérer la position de chaque fil, et les noter sur une feuille
   - On dessoude ensuite le sélecteur de tension
   - Puis les fils des secondaires sur le bornier de connexion
   - On enlève les vis qui serrent les toles
   - On enlève toutes les toles (celle en I d'abord puis celle en E)

Ca fait beaucoup de ferraille très rapidement !!!!

Voila la tête de la bobine une fois extraite de ses toles...

Relever le nombre de tour de fil :
   - Compter les tours de fils du secondaire 5V
   - Compter les tours de fils du secondaire 6.3V
   - Compter les tours de fils des secondaires HT

En ce qui me concerne, je mets la bobine sur ma bobineuse maison qui dispose d'un compteur et je la fait marcher à l'envers.

En fait je tire le fil, et a chaque tour, le compteur s'incrémente de 1

Comptage en cours....tic-tic-tic-tic....

Une fois que vous avez compté les tours, vous faites une règle de trois pour trouver le nombre de tour par volt. par exemple vous trouvez 1734 tours pour 350V, cela fait 4,95 tours par volt. on peut dire quasiment 5 tours par volt.

De combien de tours avons nous besoin ?

J'ai 29 zeners de 5.1V, donc cela donne 148V continus. Pour réguler il faut que la tension soit supérieure bien évidemment et il faut tenir compte de la résistance du transformateur qui n'est pas négligeable.

J'ai pris 10% de marge, donc ca donnait 162V continus environ. En prenant pour principe théorique que nous avons une fois redressé et filtré, 1.414 fois la tensions alternatives (bon, c'est pas trop puriste mon calcul, mais à la louche ca va bien).

Ce qui compte, c'est que si nous chargeons l'alimentation après la cellule de filtrage (sans les zeners), avec une charge correspondant par exemple au débit maximum que nous nous sommes fixé (55mA par exemple, donc avec par exemple 162V continu il faudra une charge de l'autre de 3K), la tension ne descende pas en dessous de la tension de régulation de la rampe de zener, à savoir 148V.

Donc, nous partons sur une base de 162V continu...

je devrais donc avoir 162/1.414 = 114V alternatifs

Si nous prenons 5 tours par volt cela donne 114 x 5 = 570 tours à bobiner

1) comme on est jamais trop prudent (encore et toujours...)
2) que nous pouvons avoir mal calculé le nombre de tours au départ
3) que le transfo une fois chargé donne moins que prévu
4) que nous avons des plots disponibles "3 pour l'ancienne HT, 2 pour l'ancien 5V"

J'ai donc décidé de faire des prises intermédiaires.
   - le début du bobinage
   - une à 540 tours
   - une à 570 tours
   - une à 600 tours

Avec ce système (vous pouvez même faire d'autres prises supplémentaires) je pourrais choisir la tension la plus appropriée qui permettra au zeners de bien réguler et aussi de ne pas trop chauffer pour rien !!!

D'ailleurs, en fonction des tensions secteurs que vous avez chez vous, vous pourriez mettre un commutateur permettant de sélectionner le bon enroulement, mais c'est peut être du luxe, il y a déja un sélecteur sur le transfo...

Pour le bobinage, j'ai pris du 0.3mm émaillé.

Ensuite il faudra bobiner le secondaire BT. La, vous appliquez les mêmes règles de calcul. Le LM317 à besoin de 3V supplémentaires au dessus de sa tension d'entrée pour bien réguler. Donc si vous voulez réguler 9V, il vous faut absolument au moins 12V en entrée. Une fois la tension continue trouvée, divisez la par 1.414 pour trouvez la tension alternative nécessaire, multipliez le résultat par le nombre de tours par volt et prenez 10% de marge.

Pour bobiner le secondaire basse tension jai pris du 0.8mm émaillé

Si vous destinez cette alimentation pour des postes batteries sur 4V uniquement (ou du moins des tensions continues jusqu'à 4V), vous pouvez même récupèrer le fil d'origine de l'enroulement 6,3V (si il est en bon état) et remettre la totalité, cela vous donnera 9V continu après redressement et filtrage, nous avons une marge de 5V au dessus de la tension nécessaire, ce qui est très bien.

- Il faut maintenant remonter les toles, le sélecteur de tensions et bien serrer les 4 vis du transformateurs
- Ensuite, vous devez, souder les fils du sélecteur de tensions, ainsi que les extrémités des bobinages que vous avez confectionnés
- Soudez un fil secteur sur les plots appropriés et mesurez les tensions. Vous devriez trouver grosso-modo les tensions que vous avez calculées.

Si vous avez un bourdonnement important, vous avez peut être un court-circuit, vérifiez à l'ohmètre chacun des enroulements

Si tout est OK, vous pouvez fixer le transformateur dans le boitier que vous avez choisi pour votre alimentation, le plus gros du travail est terminé, le reste est très simple

Cablage du circuit HT:

Maintenant que vous avez bobiné le transformateurs, occupons nous de notre rampe de zener. Ces zeners sont des diodes pouvant dissiper une puissance maximum de 1.3W sous 5.1V. Ce sont des diodes de la série BZX85C

Elles sont soudées sur une plaque de bakelite avec des cosses de chaque coté. Cela permet de faire circuler l'air autour et d'y voir clair. Comme il y a une cosse à chaque extrémité, il sera facile de prélever les tensions

La jolie guirlande de noel...

Pour la HT, rien de spécial. Un vulgaire pont de diodes avec 4 diodes genre 1N4007, vous mettez un condensateur de 1nF directements soudés au bornes de chaque diodes, et un filtrage de 470mF (a mon avis 100mF suffisent, mais j'avais des 470mF 350V sous la main). Vous pouvez (ce n'est pas obligé mais juste conseillé) mettre une résistance bleeder de 100K, en parallèle sur la sortie. Cela permet de vider le condensateur de filtrage, quand vous coupez l'alimentation, et si vous ne le faite pas, le condensateur peut rester chargé très longtemps. Au moment de débrancher votre poste batterie, cela peut secouer un peu, donc mettez la ca ne mange pas de pain, surtout si vous faites une alimentation à l'ancienne avec des plots en laiton et des boulons...

Faites ensuite partir 2 fils que vous soudez aux points extrêmes de votre rampe de 29 zeners.

Branchez l'alimentation et mesurez la tensions continues aux bornes extrêmes de votre rampe de zeners. Vous devez trouver dans les 148V si tout va bien.

A partir de ce moment, votre alimentation stabilisée est OK. Soudez un fil sur la cinquième zener, et faites le arriver sur la fiche banne chassis référence 0V HT. Ensuite, faites partir autant de fils dont vous avez besoin, vers les différents commutateurs (ou inverseurs dans mon cas) qui assureront la distribution en facade.

Sur chaque bananes chassis positives, mettez un condensateurs de 0,1mf, relié de l'autre coté à la cosse de masse. Ces condensateurs permettront de mettre à la masse les résidus HF qui pourraient revenir dans l'alimentation.

Cablage de la polarisation :

Comme notre référence 0V (la masse on va dire, dans bien des postes) est au niveau de la cinquième zener, tout ce qui est avant ce point est négatif, ce qui tombe bien, puisque nous avons besoin d'une tension négatives pour la polarisation. Il faut souder un fil sur la première cosse de la première zener. Cette cosse va au (-) de l'alimentation, au négatif du condensateur de filtrage si vous préférez. L'autre coté de ce fil ira sur une des extrémités d'un potentiomètre de 25K, l'autre coté de ce potentiomètre ira sur la masse (le fil qui va à la cinquième zener). Nous avons donc 25.5V au bornes de ce potentiomètre. 25.5V avec 25K en parallèle, cela représente une puissance de 0,026W, donc tout va bien.

Sur le curseur de ce potentiomètre vous avez donc une tension réglable de 0V à -25,5V par rapport à la masse (0V HT). Comme on est jamais trop prudent (refrain connu...), plutôt que de connecter directement le curseur directement sur la fiche banane chassis de la polarisation, faites la liaison avec une résistance de 4,7K. Comme il n'y a pas de consommation sur un circuit de polarisation, le fait de mettre une résistance en série ne change pas la tension de sortie et surtout, cela assure une excellente protection en cas de court-circuit.

Cablage de la basse tension pour les filaments :

Rien de spécial à signaler pour cette partie. Un pont de diodes, un filtrage de 1000mF (vous pouvez mettre plus, mais je pense que cela suffit), ensuite le régulateur et 2 petits condensateurs sur la sortie.

Le seul point important est la tension régulée. Vous devrez calculer les résistances nécessaires, pour obtenir les différentes tensions dont vous avez besoin. ensuite, le choix est libre.
   - une seule tension avec une résistance fixe ou une résistance variable dans le chassis
   - plusieurs tensions par commutation, en commutant des résistances (c'est ce que j'ai choisi)
   - une tension variable avec un potentiomètre

La manière de calculer ces résistances est décrites plus haut dans le document.

Faites ensuite arriver la sortie de votre alim basse tension régulée sur 2 fiches bananes chassis, sur la facade. Ne connectez aucun des cotés à la masse de l'alimentation. Certains montages nécessite le (+) filaments à la masse, d'autres le (-), donc ne fixez rien en dur et laissez cette alimentation flottante, la connexion à la masse se fait en général dans le poste.

Voici une vue du chassis

Une autre avec le cablage vers la facade

Et la jolie boiboite une fois finie (enfin sans la sérigraphie....)

- en haut à droite les 4 fiches bananes chassis, ce sont des modèles qui se dévissent et permettent de serrer des fils.
- juste à leur gauche les 4 sélecteurs de tensions correspondants aux 4 prises :
    - prise 1 : 30V - 40V
    - prise 2 : 67,5V - 80V
    - prise 3 : 90V - 100V
    - prise 4 : 110V - 120V

- ensuite juste à gauche, le plot du dessus correspond au 0V, celui en dessous à la polarisation
- enfin à l'extrême gauche les 2 plots pour l'alimentation filaments et le selecteur de tension
- sur le panneau en pente, le gros bouton permet de règler la tension de polarisation et l'interrupteur sur le coté permet la mise/hors tension de l'alimentation. Au dessus, nous avons un voyant présence tension.
- derrière l'alimentation nous trouvons un cable secteur et le fusible HT de 150mA.

Reste ensuite à bein faire le répérage de chaque plot et faire les annotations sur le boitier, pour l'instant j'ai fait ca au feutre mais j'effacerai bientôt tout avec de l'alcool à brûler et je mettrais des étiquettes.

Cette alimentation devrait vous rendre plein de services et elle a le mérite d'être simple et très robuste....

A bientot, pour de nouvelles aventures