Alimentation de labo à découpage

Alimentation de labo à découpage

Nous allons décrire ici la réalisation d'une alimentation à découpage à partir de modules industriels encastrables.

1. Principe

Le principe de base est de choisir un ou plusieurs modules de qualité et de les mettre dans un boîtier pourvu de quelques accessoires :

• bornes de sortie
• interrupteur général
• commutateur de sortie
• 2 LEDs
• 1 porte-fusible
• 1 embase secteur IEC

Le choix en matière de modules à découpage est très étendu :

• tension de 2.5V à 220V DC
• courant de 40mA à 400A

On peut imaginer fabriquer une telle alimentation avec des modules fournissant diverses tensions et courants bien entendu. Je vous propose deux modèles.

1.1 Alimentation symétrique 12V 8.5A

Les modules que j'ai choisi pour mon alimentation symétrique 2x12V sont des MEANWELL LRS-100-12 :

On trouve ce genre de module pour un prix de 15€. Certains clones chinois coûtent 7€.

1.2 Alimentation 5V & 3.3V 10A

Celle-ci est équipée de modules MEANWELL LRS50-5 et MEANWELL LRS50-3.3.

On trouve ce genre de module pour un prix de 12€. Certains clones chinois coûtent 6€.

2. Commutation de la sortie

Pourquoi un commutateur de sortie alors qu'un interrupteur général est déjà prévu ? Tout simplement parce que lorsqu'on alimente un circuit électronique il peut arriver d'avoir besoin de couper la tension de sortie de manière urgente. L'interrupteur général coupe la tension secteur et les modules à découpage sont équipés de condensateurs faisant office de réservoir d'énergie, et la tension de sortie mettra un certain temps pour tomber à zéro.

Ici, étant donné le courant de sortie de l'alimentation, l'interrupteur commandant la sortie n'agit pas directement. Il commande un relais de puissance qui sera capable de supporter les 8.5A que l'alimentation peut délivrer.
Les relais choisis sont des FINDER 36.11.9.012.4001 12V 10A :

Leur brochage est le même que certains relais chinois que l'on peut trouver à bas coût, par exemple SONGLE SRD-12VDC-SL-C :

Pour des questions de facilité de câblage les relais et quelques composants nécessaires sont réunis sur une petite carte fixée au fond du boîtier.

3. Schémas

Voici le schéma général :

La terre de l'embase IEC est reliée au châssis, ce qui n'est pas le cas du point milieu de l'alimentation.

Voici le schéma de la carte de commutation :

Le schéma est réalisé à l'aide de KICAD.
Pour récupérer le projet voir plus bas :  8. Téléchargements.

Le connecteur P4 est relié à la sortie de la première alimentation.

Le connecteur P5 est relié à la sortie de la deuxième alimentation.

Le connecteur P4 est relié au commutateur de sortie.

Le connecteur P7 est relié aux bornes de sortie.

Les bobines des deux relais sont alimentées par la tension présente sur P4.

L'alimentation 5V & 3.3V requiert soit des relais 5V soit des relais 3V, suivant que l'on branche l'alimentation 5V ou 3.3V sur P4.

Les pistes de puissance de la carte font 2.5mm de largeur. Pour des courants de sortie supérieurs à 5A il est recommandé de surcharger ces pistes à l'aide de soudure à l'étain, ou de souder dessus des fils rigides de section 1.5mm².

Pour ceux que la réalisation d'un PCB rebute, il est parfaitement possible de réaliser la carte de commutation avec une plaquette à pastilles :

Par contre les relais ne conviendront pas. Il vaut mieux adopter des relais au pas de 2.54mm.
Un  FINDER 44.62.9.012.4000 par exemple :

Il en faudra un seul, car c'est un relais DPDT.

4. Le matériel

Pour réaliser l'alimentation symétrique 12V, il vous faudra réunir :

• 2 modules MEANWELL LRS-100-12
• 2 relais FINDER 36.11.9.012.4001 ou SONGLE SRD-12VDC-SL-C

Pour réaliser l'alimentation 5V & 3.3V, il vous faudra réunir :

• 1 module MEANWELL LRS-50-5
• 1 module MEANWELL LRS-50-3.3
• 2 relais FINDER 36.11.9.005.4001 ou SONGLE SRD-5VDC-SL-C
• ou 
• 2 relais FINDER 36.11.9.003.4001 ou SONGLE SRD-3VDC-SL-C

 Plus :

• 2 interrupteurs miniature
• 1 LED bleue
• 1 LED rouge
• 2 connecteurs mâles au pas de 3.96 10A, par exemple JST-B2P-VH
• 2 connecteurs femelles au pas de 3.96 10A, par exemple JST-VHR-2N
• 1 connecteur mâle au pas de 3.96 10A, par exemple JST-B3P-VH
• 1 connecteur femelle au pas de 3.96 10A, par exemple JST-VHR-3N
• 3 connecteurs mâles au pas de 2.54
• 3 connecteurs femelles au pas de 2.54
• 1 résistance 1/4W 1.5K
• 1 résistance 1/4W 1.8K
• 3 bornes banane + 3 cosses à œillet 5mm
• 1 porte-fusible avec fusible 1A
• 1 embase IEC 230V + 1 cordon secteur
• 1 boîtier
• 4 colonnettes

Les connecteurs sans référence au pas de 2.54 sont nommés généralement connecteurs DUPONT.

Le boîtier que j'ai choisi pour l'alimentation 2x12V est un GALAXY GX183 (124x230x80).

L'alimentation 5V & 3.3V 10A tient dans un boîtier GALAXY GX187 (124x170x80).

Le câblage de la partie 12V puissance est réalisé à l'aide fil multi-brin 2.5mm².
Celui de la partie 230V est réalisé à l'aide fil multi-brin 0.5mm².
Celui du commutateur de sortie et des LEDs est réalisé à l'aide fil multi-brin 0.22mm² ou 0.12mm².

5. Photos

Voici quelques images de l'alimentation dans son boîtier :

 

Les modules MEANWELL sont fixés par des vis sur le côté du boîtier.

On voit bien ici la petite carte de commutation.

La version 5V / 3.3V avant vissage de la face avant

8. Téléchargements

Projet KICAD : https://bitbucket.org/henri_bachetti/switching-power-supply.git

Cordialement
Henri

9. Mises à jour
22/03/2019 : déménagement du projet sous BitBucket.org.
18/04/2020 : version 5V + 3.3V