Une alimentation 5v simple avec limitation de courant

Si il est un outils nécessaire au bidouilleur qui souhaite faire de l’électronique, c’est bien l’alimentation. En effet, sans elle, impossible de tester même le plus simple des montages. Ce sont les alimentations ATX ( utilisées dans les ordinateurs ) qui sont les plus prisées pour ce rôle : elles sont extrêmement répandues, fournissent les principales tensions nécessaires aux bidouilleurs, avec des intensités importantes. Si cette dernière caractéristiques est un avantages certain lorsqu’il s’agit, par exemple, d’alimenter un autoradio, ou un moteur à courant continu, cela peut poser un problème de taille : en cas de court circuit, l’intensité fournie peut atteindre des valeurs monumentale ( pour nous électroniciens ), frôlant les 100A. Dans le cas d’un montage sur breadboard, il en résulte souvent la destruction des composants, et de la breadboard, voire de l’alim ATX si elle n’incorpore pas de protection contre les court-circuit, comme c’est le cas dans de nombreuses alims low-cost montées dans les PC de grande distribution.

Afin d’éviter ces désagréments, je vous propose donc un petit circuit de mon cru, s’alimentant en 12v, et fournissant une tension de 5v régulée, et limitée en courant. Un voyant est également intégré pour avertir l’utilisateur de l’entrée en activité de la limitation en courant. De plus, cette alim n’utilise volontairement que des composants facilement disponibles pour les bricoleurs contemporains, pour qui il est plus aisé de se procurer un 7805 qu’un TIP122 :

Le schéma du circuit.

Comme promis, que des composants courants. Le transistor Q1 quant à la lui, peut être remplacé par presque tout transistor PNP.

Ce circuit est adapté pour des faibles courants (<=500mA), pour des raisons de dissipation thermique.

Choix de la résistance Rlim

La valeur de la limitation en courant est fixée par la résistance Rlim : le LM317 essayant de maintenir une tension de 1.25V entre les broches OUT (3) et ADJ(2), la formule permettant le calcul de la valeur de Rlim est la suivante

Rlim = 1.25/Imax.

avec Imax le courant de déclenchement de la limitation en courant, càd le courant maximal que l’alim fournira.

Dans mon cas, je souhaitais fournir au maximum environ 125mA, ce qui donne une résistance de 10 ohms. N’ayant pas cette valeur, j’ai réalisé une résistance de valeur proche par la mise en série de deux résistances de 4.7 ohms, ce qui donne une résistance de 9.4 ohms, le courant max est donc aux alentours de 133mA.

Il faut toutefois accorder de l’importance à la puissance qui sera dissipée dans cette résistance. Sa valeur est donnée par la formule suivante :

P = U*I

Cette puissance atteint sa valeur maximum pour lorsque la sortie du circuit est en court-circuit, soit pour la résistance : U = 1.25v et et I=Imax, d’où la formule donnant la puissance que doit supporter la résistance :

Pr = 1.25*Imax = 1,5625/Rlim

On notera que la plupart des résistances supportent une puissance max de 0.25W, soit ici un courant maximal possible de 200mA. (c’est une valeur théorique, en pratique, au delà de 175mA, on préférera utiliser une résistance de 0.5W, pour se réserver un peu de marge)

Refroidissement des régulateurs

Voyons d’abord le cas du LM317. La puissance dissipée dans le LM317 est maximale lorsque la sortie du circuit est en court-circuit. Elle vaut alors :

P317 = Ualim * Imax

Avec Ualim la tension en entrée du circuit. Avec une limitation en courant à 200mA, la puissance maximale dissipée par le lm317 vaut déja 2.4W ! Il est impératif de le monter sur un radiateur.

Concernant le 7805, la puissance qu’il dissipe est maximale lorsque le courant consommé est tout juste inférieur à celui provoquant le déclenchement de la limitation en courant. Cette valeur est donnée par la formule suivante :

P7805 = (Ualim-5)*Imax

Avec une limitation en courant à 200mA, la puissance maximale dissipée par le 7805 vaut 1.4W. Il faut également le monter sur un radiateur.

Typon

Pour ceux qui disposent du matériel permettant la réalisation de circuit imprimés, j’ai réalisé un typon du circuit. Celui-ci est prévu pour que les régulateurs soient installés coté cuivre, et monté sur un dissipateur commun.

Attention, dans le cas où les régulateurs partagent le même radiateur, il est impératif d’isoler électriquement la base métallique du LM317 à l’aide d’une feuille isolante et d’une bague en plastique pour la vis, on en trouve dans les alims ATX.

Illustration du typon. Pour réaliser un CI, utilisez plutôt l’archive disponible ci-dessous

Des trous aux quatre coins de la platine ont été prévus pour assurer la fixation, tant de la platine que du radiateur.

L’emplacement de la résistance Rlim est prévu pour que celle ci puisse être réalisée par un groupe de 1, 2, 3 ou 4 résistances afin de pouvoir atteindre la valeur adéquate, et répartir la puissance à dissiper.

Un emplacement à l’entrée du montage est prévu pour recevoir une diode de protection contre l’inversion de polarité, un interrupteur, un fusible thermique, ou n’importe quoi. Si il n’est pas utilisé, il faut y placer un strap.

L’ensemble du projet KICAD est disponible dans l’archive suivante : http://pila.fr/content/simple_protected_5v_supply/SimpleSupplyKicad.zip

Essais et conclusion

Si le montage peut sembler un peu Shadok pour les initiés, il fonctionne parfaitement bien chez moi, et répond parfaitement à mes attentes. Il fait partie d’un projet plus grand, qui sera probablement détaillé dans un article à venir.Le seul bémol est la régulation en courant un peu floue, la régulation commence dès les 120 mA atteints, tandis que le courant de court-circuit est de 133 mA. Mais est-ce vraiment un problème sur un circuit qui n’est pas destiné à fournir une vraie régulation en courant, mais simplement une protection ? Un L200 pourrait par exemple faire mieux, mais le circuit y perdrait alors en simplicité, et perdrait également le voyant de limitation en courant, qui est pour moi indispensable, et permet de signaler clairement lorsque le montage consomme trop, comme lors d’un court-circuit.

Au final, je suis très satisfait de ce petit circuit, qui aurait pu sauver ma breadboard, lorsque je n’avais pour seule alim de labo, une brave alimentation ATX.

N’hésitez pas à poster vos questions, idées, ou des photos de vos réalisations =)