Un variateur pour ampoules de 12 à 24 V (dont halogènes 12 V)



Avec ce variateur à basse tension vous pourrez régler la luminosité de vos ampoules, lampes, spots, etc., fonctionnant sous une tension de 12 à 24 V et ce pour une puissance maximale de 50 W par variateur. Rien ne vous empêche d’en monter plusieurs afin de créer des effets de lumières dans toute la maison comme au jardin.

Si nous voulons faire varier la luminosité d’une lampe à basse tension (12/24 VAC) –un spot ou une lampe de bureau halogène 12 V par exemple– et si nous essayons d’utiliser à cette fin un variateur ("dimmer" en Anglais) ordinaire pour lampe en 230 V, eh bien ça ne fonctionne pas ! En effet, le triac utilisé dans ce variateur est généralement piloté par un diac dont le seuil de conduction est à environ 30-40 V, soit bien au dessus des 12/24 VAC de nos lampes à basse tension. C’est pourquoi nous vous proposons ce mois-ci dans cet article un variateur conçu pour ces basses tensions de plus en plus présentes dans les maisons (ampoules halogènes) : il vous permettra de régler aussi la luminosité de ce type de luminaire, comme vous le faites sans doute déjà avec les lampes en 230 V.

Le schéma électrique
Le principe de fonctionnement du circuit ressemble, bien entendu, à celui du classique variateur 230 V. Il utilise un détecteur de passage par zéro ("zero crossing detector") de la sinusoïde du secteur 50 Hz : ce détecteur permet de commander, au moyen d’un signal à durée variable, le triac monté en série avec la charge, ce qui à pour effet de moduler la forme d’onde sinusoïdale appliquée en sortie.
Les trois transistors TR1-TR2-TR3 constituent le détecteur de passage par zéro relié à la tension d’entrée à travers R1 ; ce détecteur est en mesure de fournir à la broche 2 (trigger) du circuit intégré IC1 NE555 (bien connu de nos lecteurs de cet été) une impulsion chaque fois que la tension alternative appliquée en entrée passe par le 0.
Le circuit détecteur de passage par zéro fonctionne ainsi : dès que la demi onde positive appliquée à la base de TR2 dépasse 0,7 V, ce transistor entre en conduction et bloque TR3, ce qui à pour conséquence d’appliquer à la broche 2 de IC1 une tension positive de 12 V.
Cette tension est maintenue pendant tout le temps où la demi onde demeure supérieure à 0. Dès que la tension d’entrée descend à nouveau en dessous du niveau 0,7 V positif, TR2 se bloque, ce qui fait conduire TR3. La tension présente sur la broche 2 de IC1 descend ainsi à zéro (voir figure 1).
Le transistor TR1, alimenté avec une tension inverse pendant tout le temps où la demi onde en entrée est positive, entre en conduction dès que la demi onde devient plus négative que - 0,7 V, ce qui maintient TR2 en conduction. De ce fait, la tension sur la broche 2 de IC1 reste aussi à 12 V positif pendant toute la durée de la demi onde négative, comme le montre la figure 1. IC1 (NE555), monté ici en configuration monostable, fournit en sortie, sur sa broche 3, une impulsion de durée variable et réglable au moyen du potentiomètre R8 ; cette impulsion, après avoir subi une inversion (par l’action de T4), est appliquée à la gâchette du triac TRC1 BT137/500.
Le réglage de la luminosité est obtenu en faisant varier, avec le potentiomètre R8, la durée de l’impulsion produite par le monostable IC1, comme le montre la figure 1 : vous voyez que l’impulsion produite par IC1, à travers le transistor TR4, inhibe la conduction du triac et il en résulte qu’une partie de la tension sinusoïdale, correspondant à la durée de l’impulsion, n’est pas appliquée à la charge. En élargissant ou en rétrécissant la largeur de l’impulsion, nous modifions la largeur de cette partie de la sinusoïde, ce qui a pour effet de faire varier la valeur efficace globale.
Si on a branché une ampoule en série avec le triac, cette variation se traduit par une variation de sa luminosité.
L’alimentation du circuit est réalisée en redressant avec la diode DS1 1N4007 la tension alternative appliquée en entrée et en lissant la demi onde obtenue à l’aide du condensateur électrolytique C1. La tension est ensuite stabilisée à 12 V par la zener DZ1 et les deux résistances R2 et R3 (ce sont des 680 ohms de 1/2 watt de puissance).

Figure 1 : Le variateur emploie un circuit détecteur de passage par zéro ("zero crossing"), formé des transistors TR1-TR2-TR3, synchronisé avec la sinusoïde 12/24 Vac de la tension d’entrée. Chaque fois que la sinusoïde passe par zéro, sur la broche 2 de IC1 une impulsion décroissante se produit, qui habilite le NE555 (IC1) configuré comme monostable.

Figure 2 : Sur la broche 3 de IC1 une impulsion comprise entre 0 et 12 V se produit, dont la durée dépend de la valeur du potentiomètre R8. Pendant tout le temps où l’impulsion provenant de IC1 se maintient à 1, le transistor TR4 est bloqué et le triac TRC1 ne conduit pas. Dès que la sortie du monostable passe au niveau 0, le triac TRC1 se met à conduire.

Figure 3 : Schéma électrique du variateur basse tension EN1639. En dessous, brochages du NE555 vu de dessus, des transistors vus de dessous et du triac vu de face.

Figure 4a : Schéma d’implantation des composants de la platine du variateur basse tension EN1639. Au centre, le triac BT137/500 (TRC1) est fixé sur son dissipateur à l’aide d’un boulon 3MA (fixez la semelle métallique du triac au fond du
dissipateur avant de souder ses trois pattes dans les trous du circuit imprimé prévus à cet effet).


Figure 4b : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé de la platine du variateur basse tension EN1639, côté soudures.

Figure 5 : Photo d’un des prototypes du variateur basse tension EN1639. Remarquez, à gauche, les deux picots à souder permettant de connecter le potentiomètre R8 (voir figure précédente) et, à droite, les deux borniers à deux pôles permettant, celui du haut, l’entrée de la tension d’alimentation et, celui du bas, la sortie vers la charge. Utilisez du fil de fort diamètre (1,5 mm²) car, à 50 W en 12 V, plus de 4 A circulent dans ces fils.


Liste des composants
R1 ..... 1,8 kΩ 1/2 W
R2 ..... 680 Ω 1/2 W
R3 ..... 680 Ω 1/2 W
R4 ..... 10 kΩ
R5 ..... 10 kΩ
R6 ..... 1 MΩ trimmer
R7 ..... 2,2 kΩ
R8 ..... 100 kΩ potentiomètre lin.
R9 ..... 1 kΩ
R10 .... 470 Ω
R11 .... 100 Ω 1/2 W
C1...... 1 000 μF électrolytique
C2...... 220 μF électrolytique
C3...... 100 nF polyester
C4...... 100 nF polyester
C5...... 100 nF polyester
C6...... 100 nF polyester
DS1 .... 1N4007
DZ1 .... 12 V 1 W
TR1..... NPN BC547
TR2..... NPN BC547
TR3..... NPN BC547
TR4..... PNP BC557
TRC1 ... BT137 TRIAC 500 V 5 A
IC1..... NE555

Sauf spécification contraire, toutes les résistances sont des 1/4 W à 5 %.


La réalisation pratique
Pour réaliser ce variateur basse tension EN1639, vous n’aurez aucune difficulté particulière à surmonter. Il vous faudra vous procurer le circuit imprimé simple face EN1639, ou bien le réaliser à partir du dessin à l’échelle 1 de la figure 4b. Tous les composants seront montés sur cette petite platine, hormis le potentiomètre R8 (réglage de la luminosité du minimum au maximum) à placer en face avant de l’éventuel boîtier (par le panneau arrière entrent les fils du secondaire du transformateur secteur fournissant la basse tension alternative et sortent ceux allant à la charge, c’est-à-dire à la lampe basse tension), comme le montre la figure 4a.
Il serait bon de commencer par enfoncer les deux seuls picots de la platine, situés de part et d’autre du trimmer R6 (réglage du seuil d’extinction de la lampe). Montez ensuite le support du circuit intégré NE555 et vérifiez bien ces premières soudures (attention, ni court-circuit entre pistes ou pastilles ni soudure froide collée), puis montez tous les autres composants en allant des plus bas (résistances, diode, zener, condensateurs) aux plus hauts (électrolytiques, trimmer, transistors, borniers).
A la fin, fixez la semelle métallique du triac TRC1 au fond de son dissipateur (avec un boulon 3MA), enfilez les trois pattes dans les trois trous du circuit imprimé, appuyez bien la base du dissipateur contre la surface de la platine et soudez les trois pattes.
Contrôlez avant soudure l’orientation des composants polarisés (électrolytiques, diode, zener, transistors, triac et circuit intégré, n’insérez ce dernier dans son support qu’à la fin). Le + de C2 est vers R6, celui de C1 vers l’extérieur de la platine, la bague de la zener regarde R7, celle de la diode est tournée vers l’extérieur de la platine, les méplats des transistors TR / TR2/TR3 sont tournés vers la gauche et celui de TR4 vers C1 ; le repère-détrompeur en U de IC1 regarde C3.
Ne vous trompez pas dans le câblage du potentiomètre : deux fils le relient aux picots de la platine, mais sa broche de gauche est également reliée à la broche centrale ; ce potentiomètre pourra être monté en face avant ou bien déporté.
Vérifiez bien, plusieurs fois, l’identification (pour tous, en particulier identifiez bien les quatre résistances d’un demi watt) et l’orientation (pour les polarisés) de ces composants et la qualité de toutes les soudures, puis passez à l’installation éventuelle dans le boîtier.

L’installation dans le boîtier
Prenez un boîtier plastique de type "coffret électrique" encastrable ou non de dimensions adéquates et fixez la platine au fond avec du mastic silicone (à moins que les trous de la platine ne "tombent" sur les plots à visser du boîtier). Sur le couvercle, montez le potentiomètre et à l’arrière ou sur le côté faites entrer et sortir les deux fils de la basse tension alternative provenant du secondaire du transformateur secteur (par exemple 230 V/12 V pour halogènes) et les deux allant alimenter la lampe.
Nous n’en dirons pas plus et ferons confiance à votre imagination, car tout va dépendre de l’utilisation envisagée (“pied” de lampe de bureau désormais réglable, variateur encastré dans une cloison de doublage, etc.).
Pour l’adduction de la tension du secondaire et pour l’alimentation de la charge, n’utilisez pas du fil de câblage trop fin car, par exemple, pour un spot halogène de 50 W en 12 V, l’intensité du courant en circulation dépasse 4 A.

Le réglage
Pour un fonctionnement correct du circuit, il est nécessaire que la durée de l’impulsion produite par le NE555 ne dépasse jamais 10 millisecondes, soit l’amplitude d’une demi onde de la sinusoïde. Le réglage du circuit est fort simple et il consiste à régler le trimmer R6 pour que l’impulsion présente sur la broche 3 de IC1 reste au dessous de cette valeur.
Pour effectuer ce réglage, procédez comme suit :
- reliez la sortie du variateur à une lampe ;
- tournez le curseur du potentiomètre R8 pour la luminosité minimale ;
- après avoir alimenté le circuit, réglez le trimmer R6 jusqu’à obtenir l’extinction de la lampe.
Vous pouvez alors utiliser ce variateur basse tension normalement.

1 commentaires:

  1. Attention petite erreur sur le typon: les pattes 6 et 7 du NE555 doivent bien être reliées ensemble comme indiqué sur le schéma. Sur le typon la 7 est laissée flottante. Avec cette modification le circuit fonctionne très bien.

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