Alimentation à découpage
utilisation pour alimenter des tubes nixie
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Sur cette page je veux vous montrer comment utiliser une alimentation à découpage en provenance d'un lecteur de DVD pour fournir de la haute tension pour par exemple alimenter des tubes nixie. Tous les problèmes qu'on peut rencontrer en créant une horloge passent en revue dans les pages suivantes.

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Le cablage du transfo, partie d'origine et partie ajoutée (début de doubleur de tension)

Alimentation réglable des tubes nixie


Les tubes nixie sont décrits sur cette page. Ils nécessitent une tension d'alimentation de 170V pour s'allumer. Chaque tube consomme au maximum 3mA et quand ils sont alimentés la tension chute à moins de 160V. Chaque tube nécessite une résistance de protection pour limiter le courant: ces tubes fonctionnent en fait comme stabilisateur de tension (l'ancètre des diodes zener).

Le schéma a été réalisé avec des composants de récupération ou trouvés au fond de mes tiroirs: il serait en théorie possible de réaliser un circuit plus optimal nécessitant moins de composant, mais le but ici était de "faire avec" ce que j'ai sous la main.

Alimentation

Il est possible d'utiliser une alimentation normale avec un transfo classique qui fournit du 5V pour la partie électronique CMOS et TTL et du 170V pour les tubes, mais il faudra probablement deux transfos distincs (sauf si vous les faites bobiner vous-même).

Une alternative aurait été d'utiliser une petite alimentation transformant le 12V en haute tension, mais je n'en avait pas qui fournissait la tension requise.

Mais il est possible d'utiliser une alimentation de récupération en provenance d'un lecteur de DVD ou de tout autre appareil, même si les tensions ne correspondent pas vraiment. L'alimentation fournit du +12V (qui est utilisé pour un level shift, vous comprendrez plus tard), du +5V (qui est utilisé pour toute la partie électronique classique), du -12V et du -20V qui ne sont pas utilisés. Le transfo permet également de fournir du 3.3V, mais cette partie n'est pas utilisée: à l'origine, les composants n'ont pas été insérés sur le circuit imprimé.

Il nous faut maintenant fabriquer du 170V. C'est plus simple que cela n'en n'a l'air en utilisant un doubleur de tension. Les doubleurs de tension (en fait des tripleurs) étaient utilisés pour fournir la très haute tension d'alimentation du tube image des télévisions classiques. Cette tension était de 25kV et il était plus aisé de la fabriquer avec un transfo fournissant du 7kV au lieu de 25kV (le bobinage haute tension se compose de moins de spires et il y a moins de risques de cours-circuit du transfo).

La tension la plus élevée que l'alimentation fournisse est du 20V. Même avec un tripleur on n'arrive pas à la tension d'amorçage des tubes. On peut utiliser 4 étages de redressement, mais on n'arrive toujours pas à la tension minimale. De surcroit, plus on utilise d'étages, et plus la résistance interne du montage augmente. Dans notre cas présent ce n'est pas un inconvénient majeur (cela protège même les tubes nixies d'un courant trop élevé), mais la tension est encore trop basse.

Par contre si on connecte le doubleur entre les extrémités du bobinage on a une tension alternative double à l'entrée du redresseur. De plus, comme on utilise à la fois les alternances positives et négatives cela nous permet de gagner encore quelques volts.

L'alimentation à découpage fonctionne d'une manière spécifique (nous n'allons pas entrer dans les détails ici). Il y a transfert de puissance au moment où le transistor de commutation est mis à l'arrêt et que le champ magnétique induit doit être utilisé. Toutes les diodes sont branchées d'une certaine manière au secondaire: le redressement au secondaire d'une alimentation à découpage classique est toujours demi-onde (sauf grosses alimentations).

L'alimentation n'est pas conçue pour fournir de la puissance avec un redresseur double alternance, or avec notre doubleur de tension, c'est ce qui se passe. Heureusement que l'alimentation peut fournir une petite puissance en redressement double alternance, à condition que le redressement simple alternance tire plus de puissance.

Mais quelle est la puissance nécessaire pour alimenter les tubes nixie? Il nous faut du 170V et chaque tube tire au maximum 3mA. Comme nous comptons utiliser 7 tubes (jours de la semaine, heures, minutes et secondes) cela fait un peu plus de 20mA. En tout une puissance de 3.4W. Finalement, le tube "jour de la semaine" ne sera pas utilisé.

Il faut donc que la puissance utilisée au redressement classique soit d'environ 5W pour assurer un fonctionnement stable et fiable de l'alimentation (qui est conçue pour fournir 15W). Comme je n'utilise que le +5V, il faut dissiper 5W sur cette tension, soit un courant de 1A.

Lors de la réalisation du doubleur, j'ai mesuré les tensions obtenues à chaque étage. Avec 3 diodes, j'obtient 160V, ce qui est juste un peu trop peu pour arriver à la tension d'amorçage des tubes. Avec 4 diodes et un troisième condensateur de pompage, j'en suis à 220V. Chaque tube nixie nécessite alors une résistance de limitation de 33kΩ.

Dans une version améliorée où l'intensité lumineuse peut être ajustée, j'utilise une résistance variable et un petit transistor haute tension BUY48. Le schéma était prévu pour un mosfet ou un transistor classique, c'est devenu un transistor NPN classique. La puissance en jeu est très faible et ce transitor suffit amplement. Même si ce transistor n'est conçu que pour une tension de 200V, il ne "voit" jamais la tension de 220V.

Comme l'alimentation travaille à haute fréquence (56kHz), je peux utiliser des condensateurs de pompage de valeur assez basse: 1µF suffit. Cette valeur correspond à une valeur de 1000µF si on aurait utilisé une alimentation classique (50Hz). La tension ne chute donc pratiquement pas en charge.

Et finalement, comme je voulais que les tubes réagissent à l'éclairage ambiant, j'ai encore ajouté une LDR (Light Dependent resistor). Il s'agit d'une résistance qui a une valeur élevée dans l'obscurité (environ 500kΩ) et une basse valeur quand il y a de la lumière (500Ω).

Les transistors utilisés sont trois BF422 (le même type que celui utilisé pour les cathodes individuelles). Le montage est presque un darlington, mais ici chaque transistor fournit un courant presque identique (25% pour le premier et 38% pour les deux transistors de sortie). Ces transistors en montage quasi-darlongton remplacent l'unique transistor BUY48.

La tension d'alimentation est de 230V (à vide), mais elle chûte à 210V en charge. Pour obtenir une luminosité identique de chaque tube, j'ai modifié individuellement chaque résistance d'anode (valeur d'origine: 10kΩ). C'est aux faibles intensités qu'on voit la différence entre les tubes.

La suite: la Commande des tubes Nixie

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