Dernière mise à jour : 28/12/2006

Présentation

Vous disposez d'un montage électronique qui tire sa sourced'alimentation du secteur 230 V, et vous aimeriez pouvoir disposer d'unsecours batterie qui permette un fonctionnement ininterrompu dusystème en cas d'absence du secteur. Par exemple pour une alarme antivol. Cet article décritune méthode pour y arriver, qui fait appel à des diodes.

Principe

Le principe de la commutation par diodes repose sur le fait qu'une diode neconduit quelorsque son anode est portée à un potentiel plus positifque sa cathode, avec une différence de potentiel entre anode etcathode au moins égale à sa tension de seuil. Si l'onplace une diode en série avec la source de tension continuenominale, une autre diode en série avec la source de tensioncontinue de secours, et que l'on relie les deux diodes en un pointunique (côté cathode si l'on travaille avec des tensionscontinues positives), une diode conduira alors que l'autre serabloquée, si la tension d'une des deux sources est plusélevée que l'autre, avec une différence depotentiel entre les deux tension au moins égale à latension de seuil des diodes. Mais un dessin valant mieux qu'un granddiscours, voyons tout de suite un exemple pratique.

Schémas

Les deux schémas suivants mettent en oeuvre un exemple concretet simple, où une ampoule est allumée en continuegrâce à une alimentation secteur. Quand le secteurdisparait, une pile prend le relais, et la lampe continue de briller.Pour simplifier le schéma, l'alimentation secteur estreprésentée par la source de tension U1, la pileétant représentée par la source de tension U2.L'interrupteur SW1 permet de simuler la coupure secteur, endéconnectant la source de tension U1 quand il est ouvert.

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La tension continue de 10 V issue de l'alimentation secteur (U1) estprésente, et supérieure de 1 V à la tensioncontinue de la pile 9 V (U2). La diode D1 conduit, le courant qui latraverse est de 0,4 A environ. La diode D2 est bloquée, aucuncourant n'y circule et la pile ne s'use pas.
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La tension continue issue de l'alimentation secteur (U1) estcoupée, la diode D1 est désormais bloquée. La pile9 V (U2) prend la relève, et le courant circulant dans la diodeD2, devenue passante, est maintenant de 0,4 A environ. La commutation aété très rapide et on ne voit pas la lampes'éteindre (même si la lampe est une led).

Il est important que la tension nominale (U1), qui est normalementprésente quand tout va bien, soit supérieure à latension de secours (U2), sinon ce type de montage ne fonctionne pas.Les schémas ci-dessous montrent ce qui se passe quand ladifférence de tension entre les deux sources de tension est tropfaible.

 class= La différence detensionentre U1 et U2 est de 0,4 V. La diode D2 conduit, certes moins que D1,mais le courant qui la traverse est tout de même de 20 mA, ce quin'est pas négligeable.
 class= La différence detensionentre U1 et U2 est de 0,2 V. La diode D2conduit, toujours moins que D1, mais le courant qui la traverse est lequart de ce qui arrive à la lampe. Tout à faitinacceptable.
 class= Aucune différencedetension entre U1 et U2, les deux diodes D1 et D2 conduisent autantl'une que l'autre, la lampe tire la moitié de son énergiedans l'alimentation secteur et l'autre moitié dans la pile. Avotre avis, c'est OK ?

Comme vous pouvez le voir, il est primordial que la tension nominalesoit plus élevée que la tension de secours. Donner unchiffre précis concernant la différence de tensionà respecter entre les deux sources n'est pas possible, car enpratique, il dépend de la chute de tension provoquée parles diodes, qui elle-même dépend du type des diodes et ducourant qui les traverse. Disons que pour une application standard,avec des courants qui ne dépassent pas 1A, on peut estimerqu'une différence de 1 V convient pour une grande majoritéde diodes. Notez cependant que certaines diodes présentent, pourun courant direct donné, une chute de tension plusélevée que d'autres diodes. Parexemple, la diode 1N4007présente une chute de tension de 1,1 V pour un courant de 1 A,alors que la diode Schottky 1N5818 présente une chutede tension de seulement 0,55 V pour un même courant de1 A. Avec la 1N5818, il est donc possible de réduire ladifférence de tension entre les deux sources à 0,6 V.

Utilisation d'un accumulateur au lieu d'une pile

On peut préférer un accumulateur à une pile pourla source de tension de secours, surtout si le fonctionnement sur pileest (ou risque d'être) fréquent. Un accumulateurnécessite d'être chargé pour êtreopérationnel quand on en a besoin, il y a donc lieud'opérer une modification du schémaprécédent pour assurer la charge de l'accu quand lesecteur est présent. Dans le cas d'un accu de type Cd-Ni(Cadium-Nickel), la charge normale doit s'effectuer à1/10ème de la capacité nominale de l'accu. Par exemple,si l'accu présente une capacité de 1800 mA/h, la chargedoit s'effectuer sous 180 mA. Mais en charge continue, comme c'est lecas dans notre application, la charge de l'accu doit s'effectuerà 1/50ème ou 1/100ème de la capaciténominale (on appelle ça une charge d'entretien). Avec un accu decapacité 1800 mA/h, la charge doit donc s'effectuer avec uncourant compris entre 18 mA et 36 mA. La solution la plus simpleconsiste à ajouter une résistance entre l'accu et lasource nominale, comme le montre le schéma suivant.

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La valeur de la résistance doit être calculée enfonction de la source de tension nominale U1, de la tension de l'accuet de sa capacité. L'emploi d'une résistance pour assurerla charge de l'accu est simple mais pas idéale, et les puristespréfereront sans doute mettre en oeuvre un système decharge à courant constant. En fait, le système de chargepréféré dépendra de l'utilisation dusystème et du degré de criticité de la dispartiondu secteur.

Limitation du système

Ce système est très simple à mettre en oeuvre,mais la chute de tension provoquée par les diodes peutêtre gênante quand la tension de secours est proche de latension minimale nécessaire au bon fonctionnement dusystème alimenté. Si le montage alimenté requiertune tension de 5 V et qu'il comporte un régulateurintégré de type 7805 qui reçoit en temps normalune tension de 9 V ou de 10 V, l'utilisation d'une pile de 9 V auquel serasoustraite une tension de 0,6 V (chute de tension classique d'une diodeordinaire) n'offrira au régulateur qu'une tension de 8,4 V. Quandon sait qu'un régulateur intégré classiquenécessite une tension d'entrée d'au moins 3 Vsupérieure à la tension de sortie régulée(8 V pour un 7805), cela ne laisse plus beaucoup de marge. Mais cecin'est qu'un exemple parmi d'autres, et la chute de tension dans lesdiodes ne sera pas toujours un problème. A vous deréfléchir un peu au problème, et de tester le caséchéant. On pense parfois que ça ne peut pasmarcher, et on a parfois des surprises (bon, il est vrai que ce n'estpas toujours dans ce sens).

Suppression de la diode D1 ?

On peut voir dans certains montages, un raccord direct de la diode D2en sortie d'un pont de diodes. Si l'alimentation continue fournie parle bloc secteur ne contient pas de régulation (juste pont dediodes et condensateur de filtrage), la diode D1 du schémaproposé peut paraitre superflue, puisque les deux diodes du pontqui apportent l'alternance positive assurent déjà lafonction "anti-retour" de la tension de la batterie. On peuteffectivement omettre la diode D1, mais si et seulement si il n'y avraiment rien entre le pont de diodes et la tension à secourir.

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