Alimentation Step - Down à TL494

   

Pour répondre à trois questions souvent posées, je ne fabrique ni ne modifie ni ne chiffre mes montages à la demande.
Pour les alimentations, il est nécessaire de se procurer le transformateur ou ( et ) les selfs avant d'envisager une fabrication.
Dans le cas d'un composant différent, il faudra envisager un autre routage.


C'est une alimentation Step-Down basée sur un TL494.
Elle est prévue pour fonctionner sur une batterie 16 V.
L'application est calculée pour fournir une tension régulée de 7,35 V pouvant débiter un courant de 1 A.

Principe de l'alimentation.

Le fonctionnement de cette alimentation se décompose en deux temps :

 

  Premier temps :

- la diode D1 est bloquée,
- le transistor Q1 sature. Un courant s'établit dans la self,
- ce courant se décompose pour charger C2 et alimenter la charge.



Deuxième temps :

- le transistor Q1 est bloqué,
- la self va restituer l'énergie qu'elle a emmagasinée lors du premier temps.
- remarque : la polarité de la self s'inverse lors du blocage de Q1.
- un courant s'établit, via la D1 et L1, pour alimenter la charge.

En-dessous d'un certain seuil de décharge du condensateur C2,
l'alimentation repasse en phase premier temps.


Pour réaliser de projet vous aurez besoin :


schéma structurel
typon
schéma d'implantation des composants

Nomenclature :

Résistance






Condensateur



Self
Circuit Intégré
Diode
Transistor
Fusible
Bornier



R0, R5, R8
R1
R2, R3
R4
R6
R7
RT
CT
C2, C4
C5
C1
L1
U1
D1
Q1
F1
XBAT, XBAT0
OUT, X0



10 k - 1/4 W
1 M
330 - pour R3 puissance 1/2 W
220
0,1 - 1 W
4.7 k
33 k
1 nF Céramique
47 µF / 25 V - Condensateur à très faibles pertes
1000 µF - 16 V - Condensateur à très faibles pertes
100 nF Céramique
1,2 mH - 2 A
TL494 + support 16 broches DIL
BYW80 100 + radiateur + écrou + vis
TIP32 + radiateur + écrou + vis
Externe au montage coté batterie - 630 mA
+ Batterie et Masse
+ 7,2 V et Masse (utilisation)

Fabrication :

Réaliser tous les perçages à 0.8mm sauf :
- 1 mm pour la diode, le transistor, la résistance de puissance.,
- 1,2 mm pour la self et les conducteurs,
- 3,2 mm pour les deux fixations.

Attention à l'implantation de R0 dont l'encombrement est de 4,5 pas.
Le corps de la résistance R6 ne devra pas être en contact avec le circuit imprimé.
L'approvisionnement de la Self est la hantise de l'électronicien. C'est pourquoi les alimentations à découpage ont peu de succès chez les amateurs. Ce composant est prévu pour deux implantations différentes.
La self utilisée (voir photo) est surdimensionnée pour cette application.
Le transistor est monté directement sur le radiateur alors que la diode est équipée d'un kit d'isolation.
Une fois le circuit câblé, il faudra coller la self au radiateur pour améliorer la tenue mécanique de l'ensemble.

La photo de l'alimentation est réalisée sans le radiateur.

Chronogrammes :
Le premier chronogramme représente la tension aux bornes de la diode, le deuxième représente le courant dans la self.
Lors du premier temps, le transistor est saturé ( V CE sat = 2 V ), le courant dans la self augmente ainsi que l'énergie emmagasinée.
Lors du deuxième temps, le transistor est bloqué et la diode passante. Le courant dans la self décroit lorsque l'énergie stockée est restituée dans la charge.
Remarque : ces figures sont des chronogrammes simplifiés explicatifs, non des oscillogrammes.


Quelques chiffres :


La fréquence de découpage :
Avec la documentation Fairchild, une fréquence de découpage de 10 kHz est obtenue avec un condensateur CT = 10 nF et une résistance RT = 12 k.
On peut en déduire que F = 1,2 / ( RT x CT )
Dans notre cas F = 1,2 / ( 33E+3 x 1E-9 ) = 36,4 kHz ( 37,5 kHz lors de la mesure )

La tension de sortie.
Le TL794 intègre une référence de tension de 5 V présente sur la broche 14 ( Vref ).
La tension de sortie est imposée par le couple R7 / R8. On retrouve la tension de référence aux bornes de R8.
L'expression de la tension de sortie est Vout = Vref x ( 1 + [ R7 / R8 ] )
Dans notre cas Vout = 5 x ( 1 + [ 4700 / 10000 ] ) = 7,35 V pour un besoin de 7,2 V à l'origine.

Le courant de court-circuit Icc.
La limitation de courant est constituée d'un comparateur de tensions qui vient bloquer le transistor Q1 en cas de surcharge.
Les deux entrées du comparateur sont respectivement les broches 15 (-) et 16 (+).
La tension sur l'entrée - est fixée par le pont diviseur R5 / R4 alimenté par la tension de référence.
L'expression de cette tension est V - = ( Vref x R4 ) / ( R4 +R5 ) = ( 5 x 220 ) / ( 220 / 10000 ) = 107 mV lorsque l'intensité du courant débitée par l'alim est nul.
Cette tension vient s'additionner avec la tension ( négative ) qui existe aux bornes de R6 ( dont la puissance nominale est surdimensionnée ).
Le comparateur basculera lorsque Icc > V - / R6
Dans notre cas Icc > 0,107 / 0,1 = 1,07 A

Philosophie :

Le rendement de l'alimentation est proche de 80 %. Pour cette application le besoin est de produire une tension de 7,2 V sous 1 A.
Le montage peut fournir un courant de 1,5 A avec une self de 820 µH - 2 A, une ventilation du radiateur (représentation sur le schéma d'implantation), une valeur pour R6 de 0,047 Ohm. C'est la limite pour le transistor TIP32.

Inconvénients :
La tension de sortie de l'alimentation est obligatoirement inférieure à la tension d'entrée.
La commutation est assurée par un transistor bipolaire, sa tension de saturation ainsi que son échauffement ne sont pas négligeables.
Cette alimentation est conçue pour fonctionner en charge.

Avantages :
La tension d'entrée peut atteindre 42 V.
Absence de phénomènes transitoires potentiellement destructifs ( et donc pas de snubber ).
Montage n'utilisant qu'une self, facile à dépanner.

Version 26 juillet 2008

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