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Publié : 10 novembre 2012

Les transformateurs à découpage

Beaucoup d’appareils continuent d’utiliser des transformateurs traditionnels, par exemple dans les chargeurs de batteries, amplificateurs... Or le transformateur d’alimentation, surtout lorsqu’il est de haute puissance, est très lourd et pour tout dire très cher. Il est donc tentant d’essayer de les remplacer par des transformateurs à découpage.

Pour donner une comparaison un transformateur torique d’une centaine de watts coûte dans les 30 Euros, alors qu’on peut avoir une alimentation complète réglée de 100 watts pour 20 Euros. D’autre part les alimentations à découpage sont plus petites et beaucoup plus légères. Quelques comparaisons avec des alimentations à découpage pour spots halogènes,
- un modèle 60 w à transformateur,
- deux modèles 105 w à découpage, l’un acheté en France de marque C-Tech, l’autre asiatique de marque Ares
- un modèle 160w à découpage asiatique de marque Jendel.

4 transfos Decoupage

Pour les deux modèles d’origine asiatique, on aurait tendance à penser qu’il ne vaudrait mieux pas les faire fonctionner à pleine puissance. Le modèle 105w asiatique n’a pas les refroidisseurs qui se trouvent sur le premier transfo 105 watts. Son transformateur a l’air aussi un peu juste. Le fait que des composants manquent sur leurs emplacements ne fait pas un bon effet et laisse penser que la qualité a été encore revue à la baisse.

A l’essai le transfo 105 watts et le transfo 160 watts ne donnent que 9 volts en sortie avec une lampe halogène de 50 watts branchée. Au niveau du montage on constate qu’aucun des trois convertisseurs n’a de condensateur de filtrage du 220 volts, c’est un moyen de faire des économies mais du coup la tension de sortie est doublement « pulsée » puisqu’elle est convertie en 30 khz environ, mais de plus cette fréquence est elle même pulsée par du 50 Hz. Si on utilise des halogènes ce n’est pas grave, par contre ce n’est pas très bon si on utilise des lampes à led sans régulateur.

Si on rajoute un condensateur après le redresseur (en pratique on prend un condensateur 400 ou 450 volts avec une capacité de la moitié de la puissance du système, par exemple pour 100 watts il faudrait 47 microfarads environ.) Avec le condensateur, la tension en sortie arrive à 13,5 volts. Les transistors sans radiateur montent à environ 45 degrés avec une consommation de 50 watts. Il faut être sûr que le pont de diodes va absorber la surintensité, ici on a une résistance en série de 0,5 ohms ce qui est un peu juste, il faudrait je pense la remplacer par une résistance de 2 ohms en 1 watt.

On pourrait fabriquer avec ce système un chargeur de batterie miniature, attention cependant les ponts de diodes classiques sont plutôt prévus pour redresser du 50 Hz, à 30 khz ils chauffent plus et l’intensité pour laquelle ils sont prévue n’est plus garantie, j’en ai fait l’expérience en grillant un pont de diodes 4A alors qu’il devait à peu près passer les 50 watts. D’autre part ces transformateurs ne sont pas protégés contre les court-circuits et une batterie, lorsqu’elle est très déchargée, fait un énorme appel de courant qui pourrait détruire le transformateur, ou alors il faudrait ajouter un système de protection.

On pourrait aussi faire une alimentation pour une diode Led de puissance, de préférence compte tenu de l’absence de régulation utiliser par exemple une Led de 100 watts que l’on fera fonctionner à 50 watts. Il faudra néanmoins créer une légère régulation par une résistance de faible valeur en série avec la Led.

Dans les deux cas on peut utiliser pour simplifier le redressement le système employé dans les alimentations d’ordinateur : deux enroulements avec un double redressement mono-alternance en sortie. On peut récupérer des doubles diodes sur une alimentation en panne d’ordinateur ; ces doubles diodes sont fixées sur un refroidisseur, elles ont trois pattes et ressemblent à un transistor, on les reconnait au symbole de la diode qui est imprimé sur elles.

Pour une sortie en 12 v (voire 13,5v) il y a 10 spires sur le transfo 105w ; donc pour obtenir 2 fois 35 volts on bobinera 2 fois 28 spires, prévoir le diamètre du fil en fonction de l’intensité, ou plusieurs fils en parallèle comme c’est le cas dans l’enroulement d’origine. La norme en électricité est de 10A par millimètre carré. Il faudra procéder par essais et tenir compte de la chute de tension dans les diodes de redressement.

Les schémas : Les 3 transformateurs à découpage fonctionnent sur un schéma voisin, le courant 220 v est redressé par un pont puis un oscillateur à 2 transistors alimente une bobine dont la deuxième extrémité est reliée à un pont de 2 condensateurs intercalés entre les pôles + et moins de l’alimentation. Les 2 transistors oscillent grâce à une perle de ferrite à 3 enroulements ; le premier enroulement en série avec le départ vers le transfo donne les impulsions qui alimentent les 2 bases des transistors. Le schéma est sensiblement celui qui est donné sur ce site en milieu de page : http://sound.westhost.com/lamps/elect-trans.html

L’auteur fait justement remarquer que les transfos de fabrication asiatique ne respectent pas les normes au niveau des parasites électromagnétiques, les normes CE apposées dessus doivent être absolument factices. Par contre le premier transfo 105w dispose d’un filtrage d’entrée à 2 selfs et 2 condensateurs.

Quelques autres sites sur les transformateurs à découpages : plans et schémas...

Un site sur les transfos à découpage de lampes fluocompactes qui fonctionnent également sur le même principe :

http://www.pavouk.org/hw/lamp/en_index.html#philipsgenie14w

Le site d’un spécialiste de l’électronique qui nous interroge à juste titre sur la durabilité, la réparation et le recyclage :

http://xavier.fenard.free.fr/Eclair.htm

Essai de transfos à découpage pour Led 10 watts.

Cette fois on a pris une alimentation régulée en intensité ce qui est idéal pour avoir une puissance constante. Je suis parti du principe qu’il valait mieux alimenter la led 10 watts avec une puissance assez faible pour accroître sa durée de vie. Le fonctionnement avec un transformateur à découpage de 3 watts est bon. Il est vendu par SunOnline sous le titre 5W / 4W Power Driver for 5/4 x1W GU10 E27 GU5.3 LED Light Lamp 110-220V. Il est donné pour une stabilisation à 330 mA et j’obtiens en pratique 300 mA. J’essaierai avec une alimentation donnée pour 600 mA j’obtiendrai alors une puissance de 9x0,6= 5,4 watts ce qui largement acceptable pour un usage en éclairage continu pour une led de 10 watts.

Transfo Decoupage 3w

Ici si on compte que la led fonctionne en 9 volts au total on n’a que 2,7 watts. J’ai essayé de diminuer la valeur de la résistance R3 de régulation, en la shuntant avec 3,3 ohms j’ai pu arriver à une intensité de 400 mA mais le transformateur a chauffé et au bout de quelques heures l’alimentation est tombée en panne. Cela signifie je pense que le montage est utilisé au maximum de ses possibilités.

Pour faire un montage qui sera à l’intérieur d’un spot avec une faible ventilation il vaudrait mieux au contraire partir d’une alimentation plus puissante et la limiter pour être sûr qu’elle n’est pas poussée à ses limites. A remarquer que j’ai rajouté un condensateur de filtrage de 10 microfarads 16v en sortie car soit il était absent soit c’était un modèle CMS de faible valeur, il est difficile de vérifier tout le schéma vu la petitesse du circuit.

Les alimentations à découpage des ampoules à basse consommation cfl

L’oscillateur utilisé sur les transformateurs à découpage, surtout sur les modèles de bas de gamme, est le même que celui utilisé dans les ampoules à basse consommation. Sur les modèles plus élaborés il peut y avoir un pilotage par circuit intégré, et aussi des sécurités pour la protection contre les surcharges.
Voir ici le principe du transformateur de lampe fluorescente. http://en.wikipedia.org/wiki/File:Fluorescent_Lamp_Inverter.png
Plusieurs schémas sur le site de Sam
http://www.repairfaq.org/sam/samschem.htm#schslp
D’autres infos ici :
http://www.pavouk.org/hw/lamp/en_index.html

http://www.nxp.com/documents/application_note/AN00048.pdf

http://www.en-genius.net/includes/files/col_081307.pdf

http://www.electronicsmaker.com/em/admin/pdf/free/14W%20CFL%20Ballast.pdf

http://rajwin-aravind.blogspot.fr/2011/10/service-energy-saving-lights.html

Les alimentations à découpage de flash d’appareil jetables

Attention ces expériences mettant en jeu de hautes tensions ne jamais intervenir lorsque le montage est tous tension. Ne réaliser que si vous avez des connaissances qui vous permettent de bien comprendre le fonctionnement et de prendre les mesures de sécurité adéquates.
On a là aussi des alimentations réduites à leur plus simple expression, car il s’agit d’un circuit destiné à être jeté. Le montage est fait d’un transistor relié à un transformateur.
Ce montage s’est popularisé sous le nom de « Joule thief » car il se branche sur une pile de 1,5 volt et comme il élève la tension, il permet de faire briller une led blanche même sur une pile presque entièrement déchargée.
Le principe du joule thief, on devrait dire de l’oscillateur à un transistor, est très simple. Deux bobines d’un même transformateur sont reliées d’un côté à la base d’un transistor (par l’intermédiaire d’une résistance de limitation, en général 1000 ohms), de l’autre à son collecteur. Le deuxième côté des bobines est relié au +1,5 volt et l’émetteur du transistor est relié au – de la pile.
Si on branche une led blanche (côté + au collecteur du transistor, côté – à l’émetteur) elle s’allume alors qu’elle ne s’allumait pas en la branchant directement sur la pile, car la commutation du transistor va créer des pointes de tension supérieures à 3,2v, tension nécessaire pour créer la conductivité dans la diode.
Si on démonte un flash d’appareil photo il faut prendre toutes les précautions car le condensateur peut être chargé à 400 volts.
On peut se servir de l’alimentation du flash à titre d’expérimentation, par contre cela présente peu d’intérêt au niveau pratique car la puissance est limitée à 1 watt et le rendement n’est pas très bon, je ne suis pas arrivé à dépasser 60 pour cent même en modifiant le circuit.

Les modifications du flash

Faire une lampe à led avec le flash

La première des choses est de court-circuiter le condensateur, de préférence avec une résistance de faible valeur (par exemple 10 ohms, 5 watts) maintenue par une pince, si on essaie de le court-circuiter avec un conducteur genre tournevis on risque de produire un arc électrique. Ensuite par sécurité il vaut mieux dessouder le condensateur et l’enlever.
Il existe des présentations qui montrent beaucoup de modifications, en fait on peut s’arrêter là, à la limite on peut dessouder la diode au moins d’un côté,elle se reconnaît car elle est noire avec un seul anneau en général argenté d’un côté.
Si on veut un allumage constant dès qu’on branche la pile, il faut repérer la partie « bouton poussoir » et court-circuiter les deux broches par un fil ou un point de soudure. Ou alors relier ces deux parties à un interrupteur qu’on allumera à volonté. Par sécurité il vaut mieux brancher la pile à l’extérieur pour éviter de toucher le circuit au moment où on le met sous tension.
Là aussi si on a branché une led entre le collecteur du transistor et le – de la pile, elle s’allumera. Utiliser une led de puissance de préférence (0,5 ou 1 watt) car l’intensité est un peu trop importante pour une simple led de 20 mA. On peut améliorer un peu le circuit sans atteindre un rendement phénoménal, par exemple mettre une diode (par exemple schottky 1N5818) en série avec la led et un condensateur de 10 microfarads en parallèle avec la led pour absorber les pointes de courant et augmenter l’éclairement.
Sur beaucoup de ces circuits l’indicateur de fonctionnement est fait par une led rouge, cette led a tendance a faire baisser un peu le rendement du circuit surtout si on veut le faire fonctionner en 3 volts, on peut la couper. Sur mon test le rendement a augmenté également en diminuant la résistance de polarisation de la base qui était de 220 ohms et que j’ai augmentée à 1000 ohms (mise en série avec un ajustable).
Eclairer un tube fluorescent cfl avec le circuit du flash d’appareil photo jetable

Comparaison_EclairagesFlash&Osram

Comparé à l’éclairage donné par une lampe portative Osram Dulux pocket qui ne consomme pourtant que 2 watts, l’éclairage donné par le circuit du flash est bien mince, on aurait dit qu’il n’y avait pas photo, si on n’avait justement pas fait cette photo ! On a mis une résistance variable pour faire des tests, la lampe éclaire un peu plus avec 2 piles mais le transistor chauffe beaucoup. A droite on voit la prise pour alimenter une Led, mais il faut choisir, on ne peut pas éclairer à la fois la Led et le tube fluo.

Ce montage est très populaire sur Youtube car beaucoup de gens s’en servent pour éclairer des tubes fluorescents dits « cfl ». Il faut croire qu’ils se contentent de peu de lumière.
Voir aussi une description ici.
http://www.instructables.com/id/Expedition-Light/ ?ALLSTEPS
http://www.repairfaq.org/sam/samschem.htm#schmi1

Il faut alors prendre la partie tube d’une ampoule fluorescente (sans l’électronique) On voit deux fils qui sortent de chaque côté du tube. La plupart disent de relier entre eux les fils de chaque côté. En fait ce n’est pas nécessaire car à l’intérieur les 2 fils sont reliés entre eux par les filaments. Il suffit de se relier à un fil de chaque côté. Normalement il faudrait relier les fils non utilisés par un condensateur de 2 nf environ, en effet au démarrage c’est le courant passant par ce condensateur qui permet le démarrage de la lampe. Paradoxalement si je mets ce condensateur sur les montages alimentés par un transformateur, ça ne démarre pas. C’est peut être dû au manque de réserve d’intensité des alimentations. Pour que ça veuille démarrer, il faut que je baisse la valeur à 150 pf, et encore. Autant ne rien mettre du tout !
Ensuite brancher un fil au – de la pile et l’autre fil sur la diode, plus exactement du côté de la diode qui est relié au transformateur (pas le côté de la diode qui va vers le condensateur, sinon on aura un courant redressé.)
C’est une expérience amusante mais l’intérêt est limité car la consommation est de 0,4A sous 1,5 volt, et compte tenu des pertes le tube éclaire à moins d’un demi-watt. On peut prendre pour cela le tube d’une ampoule à économie d’énergie en panne, à condition que le tube n’ait pas de filament grillé. A tester avec un ohmètre avant l’essai. Prendre donc une lampe cfl dont la panne provient de l’électronique, ça arrive environ une fois sur deux bien que je n’aie pas assez de lampes pour faire des statistiques.
L’ampoule qui a un filament grillé risque de s’allumer très difficilement, même dans ces conditions particulières. On peut augmenter l’éclairage en alimentant par 2 piles en série au lieu d’une seule. Par contre ce n’est pas possible de passer à 3 piles, il faudrait diminuer la résistance de polarisation ou changer le transistor.
Si l’on veut plus de puissance, il faut utiliser un transformateur plus puissant, on peut garder toujours le même principe d’un « joule thief » sur lequel on bobinera un troisième enroulement d’une centaine de tours. Il faut être sûr qu’au départ l’oscillateur aura une puissance d’au moins une dizaine de watts. Il faut un transistor en conséquence, sur les alimentations de flash on a un transistor de type par exemple un BD 433 (fonctionne jusqu’à une alimentation de 5 volts environ)
On est quand même limité par la puissance de la pile, on ne peut guère tirer plus de 3 watts d’une pile R6 AA.

Quelques exemples de réalisations commerciales

Une alimentation de lampe fluo 4 watts portative à piles 12 volts genre Camping gaz.

Nous avons remplacé avec succès l’ampoule fluo cylindrique par une ampoule repliée, et ce avec différentes puissances. Bien sûr on est limités par les possibilités du circuit qui ne consomme que 0,8 ampères en 12 volts donc les différentes lampes branchées ne fonctionneront pas à pleine puissance.
Nous avons essayé aussi de brancher des lampes à culot G23 qui ne possèdent pas de circuit électronique.
http://ca.wikipedia.org/wiki/Fitxer:Doppelrohrlampeb.jpg
Elles sont prévues pour être reliées à un simple ballast extérieur. Le problème est qu’elles possèdent un starter et un condensateur à l’intérieur qui gênent le démarrage. Il a fallu les enlever, et ensuite le tube fonctionne parfaitement sur la sortie du transformateur.

DriversInverters_TubesFluo

Les deux montages côte à côte avec leur schéma. Sur le montage pour tube 4w nous avons essayé en alternative le montage proposé par Watson sur www.rustybolt.info, le rendement était supérieur de 20 pour cent environ mais le tube avait du mal à démarrer, il fallait pousser la tension d’alimentation. In faudrait prévoir un commutateur pour passer d’un circuit à l’autre lorsque le tube a démarré, ou alors réserver le montage aux alimentations de Led. En haut de l’image une ampoule G23 démontée. Elle est pratique pour des éclairages portatifs car elle est très plate. Pour la faire fonctionner dans ces montages on a enlevé le starter et le condensateur à l’intérieur.

Un transformateur « inverter » prévu à l’origine pour 2 tubes fluo de couleur

Nous avons dû augmenter à 4,7 nf la valeur du condensateur en série avec le tube.
Le fonctionnement du primaire est assuré par 2 transistors 2SD1803 en push-pull. C’est la configuration idéale car le transformateur est ainsi magnétisé alternativement dans les deux sens. Il y a quatre enroulements, un au secondaire et trois au primaire. C’est un montage très classique. Un enroulement pour chaque collecteur et un enroulement pour moduler les bases des transistors.