Page créée le 22/04/2021 ; mise à jour le 12/12/2023.
J’ai redécouvert récemment les multiplicateurs de tension : doubleur, tripleur, quadrupleur… Ce sont des circuits qui, comme leur nom l’indique, sont capables de fournir en sortie une tension plus élevée qu’en entrée, à condition que celle-ci soit alimentée en courant alternatif.
Vous allez me dire qu’il y a le transformateur pour cela. Certes, mais ce composant est toujours assez encombrant, trop encombrant dans nos applications, même en fréquence relativement élevée.
Or vous allez voir qu’avec des composants très petits, diodes et condensateurs, on peut parvenir au même résultat.
Il s’agit ici d’alimenter des LED pour un éclairage de voiture. Pour résumer, cela permet de diminuer d’autant le courant (ce qui est déjà bien en soi), mais aussi d’employer des condensateurs plus petits pour l’anti-clignotement. Donc moins de problème pour leur trouver un emplacement discret. Accessoirement, cela simplifie aussi la conception du circuit.
Voyons le cas d’une voiture nécessitant 12 LED. Les valeurs numériques choisies seront les suivantes :
Nous allons considérer trois cas :
Chaque LED a sa propre résistance de limitation (il est déconseillé d’utiliser une résistance unique pour un groupe de LED en parallèle). C’est la disposition classique.
Il y a douze branches ; le courant consommé par l’ensemble vaut 12 fois celui d’une LED, donc 12 × 0,5 = 6 mA.
Chaque résistance vaut : (VCC – VF) / IF = (15 – 2,5) / 0,5 10–3 = 25 103 = 25 kΩ.
C’est la solution que j’utilisais le plus souvent. Le courant total consommé n’est que de 4 fois celui d’une LED, soit 2 mA.
Chaque résistance vaut (VCC – 3 VF) / IF = (15 – 7,5) / 0,5 10–3 = 15 103 = 15 kΩ.
Attention : le courant est plus faible, mais la tension limite en dessous de laquelle le condensateur ne peut plus se décharger est plus élevée : 7,5 V au lieu de 2,5 V. Est-ce que ceci ne va pas compenser cela ? C’est à vérifier.
De plus, cette solution n’est pas toujours pratique, car le nombre de LED n’est pas forcément un multiple de trois. Si par exemple une branche ne comporte que deux LED, il faut :
Le problème de l’équilibrage des branches ne se pose pas, puisqu’il n’y a qu’une seule branche !
Le courant consommé par l’ensemble vaut celui d’une LED, ici 0,5 mA. La (seule) résistance vaut :
(4 VCC – 12 VF) / IF
= (60 – 30) / 0,5 10–3
= 60 103 = 60 kΩ.
Avant de continuer, je voudrais répondre ici à une objection souvent faite : dans ce montage, si une LED est défectueuse, c’est l’ensemble qui ne fonctionne plus. C’est vrai, mais je réponds ceci :
Connaître cette capacité est important pour voir dans quel cas les condensateurs anti-clignotement seront les plus petits pour une même efficacité.
Considérons le circuit suivant. On suppose que le condensateur est chargé à la tension VCC. À l’instant t = 0, on ferme l’interrupteur S.
Le calcul théorique de la tension V en fonction du temps n’a pas grand intérêt ici. Disons simplement que la décharge d’un condensateur dans une résistance se fait suivant une courbe dite exponentielle décroissante, que je vais hardiment remplacer par une droite (en rouge) qui n’est autre que sa tangente à l’origine. Cette droite coupe la ligne de limite de tension VLED en un point qui correspond, sur l’axe des temps, à la constante de temps égale au produit R × C.
On voit qu’en remplaçant la courbe réelle par la tangente, je suis pessimiste : en réalité, la tension baisse moins rapidement, mais ça simplifie grandement le calcul. Lorsque la tension aux bornes du condensateur atteint celle des LED, il y a longtemps que celles-ci sont éteintes. Malgré tout, un très faible courant continue à les traverser, ce qui fait que le condensateur continue de se décharger très lentement, comme le montre la droite de pente très faible.
J’ai utilisé une feuille de calcul Excel pour calculer la capacité à prévoir, ainsi que d’autres grandeurs intéressantes, telles que P, puissance consommée par l’ensemble du circuit, en fonction des paramètres indiqués ci-dessus. En voici les résultats.
Nombre | VCC | Résistance | Itot | P | C | |
---|---|---|---|---|---|---|
de LED | V | Nb | kΩ | mA | mW | µF |
12 × 1 | 15 | 12 | 25 | 6 | 90 | 960 |
4 × 3 | 15 | 4 | 15 | 2 | 30 | 533 |
1 × 12 | 60 | 1 | 60 | 0,5 | 30 | 33 |
On voit que, en mettant des LED en série :
La dernière solution est gagnante sur tous les tableaux : simplicité du schéma, capacité du condensateur et puissance consommée ! Il faut bien sûr tempérer un peu ceci, car le quadrupleur va nécessiter quelques composants supplémentaires.