Multiplicateur de tension pour éclairage de voiture (3)

Page créée le 5/06/2021 ; mise à jour le 14/08/2024.

Pour les adeptes du courant continu…

Y a-t-il moyen d’appliquer le principe de la « haute tension » à un réseau utilisant le courant continu ? Oui, mais il ne suffit pas de créer une tension alternative, ce qui est très facile avec un circuit tel que le très connu NE555 ou des portes logiques CMOS, puis d’appliquer la multiplication de tension vue précédemment. Le principal obstacle est le fait que la tension dans les rails est variable, de 0 à 12 V (théoriquement).

Il faut donc un dispositif qui crée une tension si possible constante et relativement élevée, disons entre 24 V et 60 V, à partir de la tension variable CC, et ceci avec un rendement pas trop mauvais.

Le convertisseur élévateur de tension

Eh bien, cela existe, et ça s’appelle un convertisseur élévateur de tension (boost ou step-up converter en anglais). Il existe de nombreux circuits intégrés de ce type, ce qui rend leur choix malaisé. Leur fonctionnement fait appel à une inductance qui, comme les condensateurs dans les multiplicateurs de tension, va jouer le rôle de réserve d’énergie.

Or on peut trouver sur certains sites de vente de petits modules peu chers et peu encombrants qui semblent parfaits pour cela.

Voici les caractéristiques principales de celui qui m’a paru le plus intéressant.

• Tension d’entrée CC : 3,6 à 18 V
• Tension de sortie CC : ±24 V
• Courant d’entrée max. : 1,8 A
• Courant de sortie max. positif : 400 mA
• Courant de sortie max. négatif : 100 mA
• Fréquence de travail : 400 MHz
• Dimensions : 25 × 16,5 × 6,3 mm

D’autre part, les dimensions sont très petites, sauf peut-être la hauteur, qui dépend du composant le plus encombrant : l’inductance, de 33 µH. Or celle-ci est calculée pour le courant de sortie maximal. En se limitant à 10 mA par exemple, on pourrait utiliser une inductance CMS nettement plus petite, ce qui diminuerait la hauteur de presque 2 mm.

Ce dispositif fait appel à un circuit intégré XL6007 de XLSEMI. Au vu des caractéristiques de ce circuit intégré, il suffit juste de modifier la valeur d’une résistance (nommée R1 sur la photo ci-dessus, mais R2 dans le datasheet) pour obtenir la tension de sortie voulue, jusqu’à 60 V. On peut donc facilement envisager d’augmenter cette tension de sortie de ±24 V à ±30 V, ce qui nous ramène au cas DCC !

Remarque : pourquoi ne pas utiliser une tension simple — sans tension négative, qui limite le courant de sortie — de 60 V ? La raison en est que je doute que les condensateurs utilisés aient une tension de service suffisante.

Schéma d’utilisation

En partant de la même charge que précédemment, soit 12 LED en série, le schéma en CC sera le suivant. Le redresseur est nécessaire pour tenir compte de l’inversion de polarité de la voie. Le condensateur C1 n’est pas indispensable, mais il est utile pour filtrer en amont les mauvais contacts avec la voie, et, dans le cas d’une alimentation pulsée, pour lisser la tension appliquée au convertisseur.

Essai du module

Pour cet essai, j’ai soudé des picots sur les bornes, de façon à pouvoir implanter le module sur plaque à trous.

Conditions de l’essai : 12 LED en série. Courant dans les LED réglé à 8 mA. Tension d’entrée CC variant de 2,5 à 15 V. Circuit des LED branché entre les sorties +24 V et −24 V du module. Condensateur de 100 µF / 63 V aux bornes de la charge.

Vue du montage — très simple !

Quelques photos prises pour différentes tensions d’entrée.

Les LED éclairent avec la même intensité.

Résultats

Les puissances et le rendement sont calculés à partir des tensions et des courants.

VIN (V)	IIN (mA)	VOUT (V)	IOUT (mA)	PIN (mW)	POUT (mW)	Rdt (%)
2,5	20	36,5	0,6	50,0	21,9	43,8
2,8	62,0	41,4	3,3	173,6	136,6	78,7
5,0	106,0	48,0	7,9	530,0	379,2	71,5
7,5	74,0	48,0	8,0	555,0	384,0	69,2
10,0	57,6	48,1	8,0	576,0	384,8	66,8
12,0	48,0	48,0	8,0	576,0	384,0	66,7
15,0	36,0	47,9	8,0	540,0	383,2	71,0

On voit que le courant désiré est pratiquement atteint à partir de 5 V, mais il est déjà suffisant à 3 V pour que les LED éclairent de façon visible, ce qui me semble correct pour un réseau alimenté en courant continu, car les locos démarrant à une tension inférieure à 3 V doivent être assez rares.

Courbe donnant le courant de sortie en fonction de la tension d’entrée :

Essai en situation

Il me faut une voiture non encore équipée d’une réglette, si possible avec une prise de courant « rustique », par lamelles donc, et qui soit facile à démonter. Mon choix s’est porté sur mon ancienne A⁴Dtuxj Hornby Acho, dotée de prises de courant pour les fanaux arrière.

Il me faut aussi une réglette avec des LED en série. Je récupère l’ancienne réglette d’une voiture B¹¹ Est Roco, qui avait quatre groupes de trois LED en série, plus une toute seule. Il me suffit de couper les pistes qui forment le raccordement en parallèle, et de relier le tout en série. J’obtiens donc treize LED en série, avec une résistance de 20 kΩ. Je complète ce montage avec deux condensateurs de 47 µF / 63 V, ce qui ne fait pas une grosse capacité, n’est-ce pas ?

La sortie du convertisseur est raccordée à la réglette (fils blancs), et son entrée à un redresseur (composant monté oblique), sur lequel aboutissent les fils de prise de courant.

Vérification faite avec mon alimentation de laboratoire, qui donne un fonctionnement nettement meilleur, je constate que l’allumage des LED n’a lieu qu’au-delà de 4,5 V (contre 3 V sur table). Explication : le redresseur ajoute une chute de tension de 1,4 V. Pour améliorer cela, il faudrait utiliser un redresseur Schottky.

Pour finir, remarquons (et je l’ai testé) qu’une telle réglette fonctionne aussi en DCC, ce qui en fait une réglette « universelle ».

Conclusion

Avec ce simple et peu coûteux module, on obtient en courant continu variable le même avantage qu’en DCC : peu de clignotement de l’éclairage avec condensateur de capacité modérée, et, de plus, éclairage d’intensité constante sur une large plage de tension.