Alimentation en Pont et Multiplicateurs de Tension :
5. - ALIMENTATION EN PONT
Le montage classique
double alternance, étudié dans le chapitre précédent est très intéressant, car il fonctionne en doubleur d'intensité
et la tension continue de sortie est facile à filtrer, la fréquence de la composante alternative étant de 100 Hertz.
Ce type d'alimentation présente cependant un inconvénient : nécessité d'utiliser un transformateur
comportant un secondaire avec point milieu, c'est-à-dire pratiquement deux secondaires. De ce fait, le transformateur est coûteux
et volumineux.
Pour palier cet inconvénient, on a
réalisé un autre type d'alimentation, possédant les avantages du montage double
alternance et fonctionnant avec un transformateur ne comportant qu'un seul secondaire, ou même directement sur le
secteur.
Ce nouveau circuit, appelé montage
en pont est représenté figure 22.
Il utilise quatre redresseurs séparés
du même type, ou un redresseur en pont (boîtier unique comportant quatre redresseurs).
Le fonctionnement du circuit est le suivant :
a) - Lors de l'alternance positive de la tension, c'est-à-dire lorsque les points A
et D ont les polarités indiquées figure 22, D1 est bloqué et D2 conduit.
Le courant circule alors du point A vers le point B, et à travers la charge
rejoint la masse (point C), puis grâce à D4 atteint le point D, pour retourner au
secondaire.
b) - Lors de l'alternance négative
de la tension, c'est-à-dire lorsque les points A et D ont les polarités indiquées figure
23, D3 conduit et D4 est bloqué.
Le courant circule du point D vers le point B par l'intermédiaire de D3
et rejoint la masse à travers la charge, puis, grâce à D1 atteint le point A, pour retourner au
secondaire.
Les deux alternances de la période
étant redressées, le circuit fonctionne en doubleur d'intensité.
La tension continue à vide, sans
condensateur en tête est de :
US = 0,9 x U eff.
Avec un condensateur, cette tension
passe, comme dans le cas du redressement "double alternance" à pour valeur :
US = 1,41 x Ueff.
La tension inverse de pointe, est par contre moins importante que dans les montages étudiés jusqu'ici.
En effet, en examinant les figures
22 et 23, on voit que pour chaque alternance, il y a toujours deux redresseurs qui conduisent (au lieu d'un seul dans les montages précédents).
De ce fait, la
tension inverse de pointe est réduite de moitié.
Nous avons donc :
Tension inverse de pointe :1,41 x U eff
(au lieu de 2,82 x U eff pour les montages redresseurs simple et double alternance).
Vu sous un angle différent, on peut
dire que du point de vue alternatif, le niveau zéro passe successivement du point A au point D,
en fonction des alternances.
Ces deux points étant reliés directement à la masse par l'intermédiaire de D1
et D4, on peut considérer en négligeant la résistance interne des redresseurs, que lors des
alternances négatives, les points A et D sont au potentiel de la masse, c'est-à-dire
à un potentiel nul.
Chaque redresseur ne supporte ainsi, que la valeur de pointe de l'alternance positive.
Quant à la valeur de la tension
continue de sortie, avec une charge normale, elle est égale, comme dans le cas du montage double alternance à :
US = 1,2 x U eff
Le tableau de la figure 24, résume
les caractéristiques et les avantages de l'alimentation en pont.
Tout ce qui a été dit par ailleurs
dans le chapitre précédent, demeure valable pour ce type d'alimentation
(filtrage, calcul de la charge, résistance de protection, etc.).
Sous le nom de multiplicateur de tension, on trouve une série de montages, dont la propriété
essentielle est de doubler, tripler, quadrupler, etc... la valeur de la tension appliquée.
Les circuits les plus utilisés sont
du type doubleur ou tripleur de tension.(Si vous faites ces montages, soyez très vigilant car il existe de très haute tension pouvant causer la
mort, lisez attentivement nos leçons).
Le montage doubleur de tension le plus connu, est appelé doubleur de LATOUR.
Celui-ci, dû à l'ingénieur Français Marius LATOUR,
est représenté figure 25.
Le mécanisme de fonctionnement est le suivant :
a)Lors de l'alternance positive
D1 conduit, alors que D2 est bloqué. Le
condensateur électrochimique C1 se charge, le courant circulant à travers D1 - C1 et
retournant au secondaire par le point B (sens conventionnel).
Par exemple, si la tension efficace
alternative est de 100 Volts, la tension continue de pointe entre A et B est de :
100 x 1,41 = 141 Volts
b)Lors de l'alternance négative
D1 est bloqué, alors que D2 conduit. Le
condensateur électrochimique C2 se charge, le courant circulant du point B vers C2
et retournant au secondaire, par l'intermédiaire de D2 (sens conventionnel).
La tension continue de pointe entre B
et C est alors de :
100 x 1,41 = 141 Volts.
Les condensateurs C1
et C2 étant reliés en série, la tension continue entre A et C est de :
141 + 141 = 282 Volts (à vide).
Les composants C1 et C2 se comportent donc comme deux générateurs
de tension continue en série (voir figure 26).
Bien entendu, l'effet de doublage ne
se produit en présence d'une charge entre A et C, que si les condensateurs C1
et C2 ont une valeur capacitive suffisante.
La valeur exacte est liée à la constante de temps du circuit d'utilisation.
Pour une tension alternative de 50 Hertz et pour des débits normaux en électronique (de l'ordre de 50
à 400 mA), cette valeur est généralement de 100 µF.
Le débit maximum demandé à
l'alimentation, ne doit pas être supérieur au courant maximum, pouvant être fourni par un seul redresseur.
Il convient de remarquer que dans ce montage, C1 et C2
assurent le doublage de la tension et remplissent le rôle de condensateurs d'entrée de filtre (tension de ronflement = 100 Hz).
Chacun de ces condensateurs n'a
cependant à supporter que la moitié de la valeur maximum de la tension de sortie (1,41 x U eff).
Le tableau de la figure 27 résume
les caractéristiques et les avantages du montage doubleur de tension.
Il faut encore ajouter que le montage doubleur de tension, peut être utilisé directement sur le secteur,
sans l'intermédiaire d'un transformateur. D'autre part, on peut disposer en sortie de deux valeurs de tension continue :
1) entre A et B: US = 1,2 x U eff
2) entre A et C :US = 2,4 x U eff.
Exemple pour la tension du secteur 220 Volts :220 x 1,2 = 264 Volts et 220
x 2,4 = 528 Volts ou 264 + 264 = 528 Volts (Soyez vigilant).
La panne type survenant dans ce
montage est due au vieillissement de C1 ou C2.
En effet, lorsque la valeur
capacitive de ces composants devient relativement faible, par suite du dessèchement
du diélectrique, la tension continue de sortie n'a plus une valeur égale à 2,4 x U eff.
Il convient alors de remplacer ces deux composants.
Un autre type de doubleur de tension
très connu est le doubleur de SCHENKEL (figure 28).
Le fonctionnement de ce montage est
basé sur le même principe que celui du doubleur de LATOUR, c'est-à-dire par charge de C1
et C2.
Précisons tout d'abord que l'extrémité
inférieure du secondaire étant à la masse, nous aurons toujours pour le point B, le niveau de référence zéro (potentiel
nul).
Cependant, en alternatif, le point B
(niveau zéro) sera bien positif par rapport au point A, lorsque celui-ci sera négatif.
En effet, si la tension alternative
au secondaire est de 100 Volts, le point A passera par rapport au point B de -
100 Volts à + 100 Volts, selon l'alternance considérée.
Ainsi, quand nous aurons au point A = - 100 Volts, nous pourrons dire que le point B
est positif par rapport au point A.
Voyons maintenant le comportement des éléments, en fonction de chaque alternance.
a)Lors de l'alternance négative (figure 28).
Le point A est négatif, donc D2 est bloqué.
Par contre, le point B est positif par rapport à A, ce qui revient
à dire que l'anode de D1 est positive par rapport à sa cathode.
Donc, D1 conduit et charge C1 avec les polarités
indiquées figure 28.
La tension aux bornes de C1 est égale à la tension crête du secondaire
b)Lors de l'alternance positive (figure 29).
Le point A est positif par rapport à B.
Donc D2 conduit, alors que D1 est bloqué.
La tension appliquée à D2
résulte de la mise en série de la tension du secteur pendant l'alternance positive et de la tension précédente, à laquelle s'est chargé C1
(notez les polarités entre B et C1 pour les figures 28 et 29).
Ainsi, D2 redresse E2 = 2 E1
Le condensateur C2 se charge donc à cette valeur, c'est-à-dire à 2,82 x
U eff (deux fois la valeur de crête).
Comme précédemment, les condensateurs sont soumis à des tensions de polarités
invariables ; cependant, C2 supporte la valeur de la HT doublée (2,82 x U eff), alors que C1 ne
supporte qu'une tension égale à la valeur de crête du secteur (1,41 x U eff).
La tension inverse de pointe appliquée à D1
et à D2 est égale à 2,82 x U eff.
Le doublage de la tension ne dépendant
pourtant que de C1, la valeur capacitive de ce composant augmente avec le courant.
C1 = 100 µF pour un courant maximum de 200
mA,
C1 = 150 µF pour un courant maximum de 300
mA,
C1 = 300 µF pour un courant maximum de 400
mA.
C2 joue aussi le rôle de condensateur d'entrée de filtre.
Ce condensateur n'est cependant
rechargé qu'à chaque alternance positive. La tension de ronflement est donc de 50 Hz, ce qui implique une cellule de
filtrage très efficace.
Multiplicateurs de tension
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