Tout le monde aime jouer avec des tensions élevées, n’est-ce pas ? Même si le danger de mort augmente avec chaque volt, il est probable que quelques lecteurs auront à un moment ou à un autre fabriqué de longues étincelles fantaisistes. Vous lisez ceci donc vous avez vécu pour raconter l’histoire, et nous vous conseillons seulement de le faire en toute sécurité, mais le but de cet article ne réside pas dans les volts eux-mêmes mais dans une touche de frustration face aux générateurs de tension. Il y a un circuit que je vois si souvent et qui m’ennuie à chaque fois, alors ici, si cela ne vous dérange pas, je vais vous livrer à la fois un petit discours et un aperçu des convertisseurs flyback.
Il a des bobines, donc c’est un transformateur
Comment fonctionne un transformateur ? Un courant alternatif dans un enroulement primaire induit un courant opposé dans son enroulement secondaire. La tension de sortie est égale au rapport de transformation multiplié par la tension d’entrée. Ainsi, si vous souhaitez créer une haute tension, il s’agit simplement de trouver un transformateur avec le bon rapport de transformation et d’appliquer le bon courant alternatif à l’entrée.
Un choix pratique pour un transformateur haute tension est depuis des années un transformateur de sortie de ligne TV, également parfois appelé transformateur flyback. Vous pouvez les trouver dans les écrans CRT et les téléviseurs, et ils se composent d’un noyau de ferrite carré avec un gros surenroulement haute tension pour le circuit d’anode CRT et une charge d’enroulements à basse tension. Les concepteurs de téléviseurs ont toujours cherché à économiser sur les coûts des pièces détachées, ils disposaient donc souvent d’enroulements pour tous les rails de tension à l’intérieur de l’ensemble ainsi que pour la tension d’anode, utilisant la base de temps comme alimentation à découpage brute.
Étant donné un transformateur de sortie de ligne, créer de la haute tension sur cet enroulement EHT devrait simplement consister à appliquer le bon courant alternatif au primaire et à surveiller les étincelles jolies mais dangereuses. Et voici le circuit qui m’ennuie, car le moyen le plus simple de le faire est de piloter un enroulement primaire à partir d’un transistor ou peut-être de deux transistors dont la base est à son tour pilotée par un circuit de rétroaction. En d’autres termes, transformez le transformateur en dispositif de sortie dans un oscillateur, et cela génère le courant alternatif requis.
Cela marche. Ça fait monter les volts, et on peut rentrer à la maison heureux, non ? C’est faux, du moins si vous êtes moi. L’oscillateur est un circuit analogique pilotant le transistor dans son mode linéaire, et avec un rapport cyclique proche de 50 %. En d’autres termes, le transistor passe environ la moitié de son temps passant et l’autre moitié hors tension, avec un peu au milieu où il n’est ni passant ni bloqué. Cela signifie qu’il fait très chaud et que vous avez immédiatement besoin d’un transistor beaucoup plus gros. Le transformateur chauffe car le noyau sature et le tout consomme plusieurs ampères de courant. c’est un excellent appareil de chauffage, mais un générateur haute tension très inefficace. Vous pouvez même acheter un module sur AliExpress qui correspond à peu près à ce circuit, et je dois dire tout de suite que je déteste ça.
Tous les transformateurs ne fonctionnent pas de manière conventionnelle
Si c’est si grave, quelle est l’alternative ? La réponse devrait venir en regardant le circuit du téléviseur d’où provient le transformateur. Là, un transistor commute le primaire à côté d’une bobine de déviation, mais c’est bien plus intelligent qu’un simple circuit de transformateur CA. Il s’agit à la fois d’une base de temps TV déplaçant le spot horizontalement sur l’écran et d’un type d’alimentation complètement différent, une alimentation flyback.
Lorsque le transistor devient passant, le courant monte à travers les bobines sous forme de rampe. Cela fournit la dent de scie nécessaire pour déplacer le point sur l’écran, mais cela crée également lentement le champ magnétique dans le noyau du transformateur. Cela produira une tension dans le secondaire, mais pas la grande tension nécessaire au CRT. À la fin du trajet du point, il doit retourner de l’autre côté de l’écran, de sorte que le transistor s’éteint et que le courant dans la bobine de déviation chute précipitamment. Cela provoque l’effondrement du champ magnétique stocké dans le noyau du transformateur en très peu de temps et induit une énorme tension dans ce surenroulement haute tension. Maintenant, un énorme pic de haute tension est créé entre la sortie de l’anode CRT et la masse. Le CRT est conçu pour être un condensateur haute tension qui agit comme un réservoir pour créer une tension continue constante. J’ai toujours compris que l’utilisation du terme « Flyback » pour décrire toute fourniture fonctionnant de cette manière faisait référence à la période pendant laquelle le point sur le CRT revient au début de sa ligne suivante.
Mon ennui à chaque fois que je vois un convertisseur auto-oscillant utilisant un transformateur flyback est le suivant : pourquoi ne peuvent-ils pas utiliser un circuit flyback, tout ce qu’ils ont à faire est de trouver un ou deux manuels d’entretien TV et peut-être d’ajouter un 555 comme générateur d’impulsions. ! Mais à part cela, l’élégant hack conçu par un concepteur de téléviseurs il y a plusieurs décennies s’est bien sûr transformé en un circuit qui constitue une arme vitale dans l’arsenal du concepteur d’alimentation électrique. La plupart des alimentations flyback que vous verrez de nos jours ne sont pas utilisées pour produire les tensions énormes d’un CRT, mais trouvent plutôt leur place partout où une tension plus élevée est requise que celle qui peut facilement être obtenue avec un convertisseur élévateur. Il y a un peu plus de complexité dans la mesure où le simple inducteur est remplacé par un transformateur flyback, et si vous faites attention, il n’est pas tout à fait câblé comme on pourrait s’y attendre, une simple alimentation élévateur de transformateur fonctionne, mais lorsque le bon magnétique est couplé avec la bonne puce de contrôle, c’est un moyen extrêmement efficace de produire plus de volts que ce que vous pourriez autrement obtenir.
De par leur position curieuse, quelque part entre les mondes analogique et numérique, les régulateurs à découpage m’ont toujours fasciné. Il n’y a pas de meilleur document auquel je puisse penser pour tous ceux qui débutent dans le domaine, et en particulier pour les nouveaux convertisseurs flyback, que la note d’application 25 de Jim Williams de 1987 pour la technologie linéaire : « Switching Regulators for Poets ». Profitez de la création de volts et restez en sécurité !
Image d’en-tête : ZngZng, CC BY-SA 3.0.
