Multiplicateurs de tension

LES MULTIPLICATEURS DE TENSION

Sous le nom de multiplicateur de tension, on trouve une série de montages, dont la propriété est de doubler, tripler, quadrupler, etc... la valeur de la tension appliquée.

Les circuits les plus utilisés sont du type « doubleur de tension »

LE DOUBLEUR DE LATOUR

Le montage doubleur de tension le plus connu, est dû à l'ingénieur Français Marius LATOUR, est représenté ici :

Le mécanisme de fonctionnement est le suivant :

a) Lors de l'alternance positive

D1 conduit, alors que D2 est bloqué. Le condensateur électrochimique C1 se charge, le courant circulant à travers D1 - C1 retourne au secondaire par le point B.

Par exemple, si la tension efficace alternative est de 100 Volts, la tension continue de pointe entre A et B est de :

100 x 1,41 = 141 Volts

b) Lors de l'alternance négative

D1 est bloqué, alors que D2 conduit. Le condensateur électrochimique C2 se charge, le courant circulant du point B vers C2 et retourne au secondaire par l'intermédiaire de D2 .

La tension continue de pointe entre B et C est alors de :

100 x 1,41 = 141 Volts.

Les condensateurs C1 et C2 étant reliés en série, la tension continue entre A et C est de :

141 + 141 = 282 Volts (à vide).

Les composants C1 et C2 se comportent donc comme deux générateurs de tension continue en série .

Bien entendu, l'effet de doublage ne se produit en présence d'une charge entre A et C, que si les condensateurs C1 et C2 ont une valeur capacitive suffisante.

La valeur exacte est liée à la constante de temps du circuit d'utilisation.

Pour une tension alternative de 50 Hertz et pour des débits normaux en électronique (de l'ordre de 50 à 400 mA), cette valeur est de 100 µF.

Le débit maximum demandé à l'alimentation, ne doit pas être supérieur au courant maximum, pouvant être fourni par un seul redresseur.

Il convient de remarquer que dans ce montage, C1 et C2 assurent le doublage de la tension et remplissent le rôle de condensateurs d'entrée de filtre (tension de ronflement = 100 Hz).

Chacun de ces condensateurs n'a cependant à supporter que la moitié de la valeur maximum de la tension de sortie (1,41 x U eff).

Le tableau résume les caractéristiques et les avantages du montage doubleur de tension.

Il faut encore ajouter que le montage doubleur de tension, peut être utilisé directement sur le secteur, sans l'intermédiaire d'un transformateur. D'autre part, on peut disposer en sortie de deux valeurs de tension continue :

1) entre A et B : US = 1,2 x U eff

2) entre A et C : US = 2,4 x U eff.

Exemple pour la tension du secteur 220 Volts : 220 x 1,2 = 264 Volts  et  220 x 2,4 = 528 Volts ou 264 + 264 = 528 Volts . 

LE DOUBLEUR DE SCHENKEL

Un autre type de doubleur de tension très connu est le doubleur de SCHENKEL :

Le fonctionnement de ce montage est basé sur le même principe que celui du doubleur de LATOUR, c'est-à-dire par charge de C1 et C2.

Précisons tout d'abord que l'extrémité inférieure du secondaire étant à la masse, nous aurons toujours pour le point B, le niveau de référence zéro (potentiel nul).

Cependant, en alternatif, le point B (niveau zéro) sera bien positif par rapport au point A, lorsque celui-ci sera négatif.

En effet, si la tension alternative au secondaire est de 100 Volts, le point A passera par rapport au point B de - 100 Volts à + 100 Volts, selon l'alternance considérée.

Ainsi, quand nous aurons au point A = - 100 Volts, nous pourrons dire que le point B est positif par rapport au point A.

a) Lors de l'alternance négative

Le point A est négatif, donc D2 est bloqué.

Par contre, le point B est positif par rapport à A, ce qui revient à dire que l'anode de D1 est positive par rapport à sa cathode.

Donc, D1 conduit et charge C1 avec les polarités indiquées .

La tension aux bornes de C1 est égale à la tension crête du secondaire

b) Lors de l'alternance positive :

.

Le point A est positif par rapport à B.

Donc D2 conduit, alors que D1 est bloqué.

La tension appliquée à D2 résulte de la mise en série de la tension du secteur pendant l'alternance positive et de la tension précédente, à laquelle s'est chargé C1 (notez les polarités entre B et C1 pour les figures 28 et 29).

Ainsi, D2 redresse E2 = 2  E1

Le condensateur C2 se charge donc à cette valeur, c'est-à-dire à 2,82 x U eff (deux fois la valeur de crête).

Comme précédemment, les condensateurs sont soumis à des tensions de polarités invariables ; cependant, C2 supporte la valeur de la HT doublée (2,82 x U eff), alors que C1 ne supporte qu'une tension égale à la valeur de crête du secteur (1,41 x U eff).

La tension inverse de pointe appliquée à D1 et à D2 est égale à 2,82 x U eff.

Le doublage de la tension ne dépendant pourtant que de C1, la valeur capacitive de ce composant augmente avec le courant.

• C1 = 100 µF pour un courant maximum de 200 mA,
• C1 = 150 µF pour un courant maximum de 300 mA,
• C1 = 300 µF pour un courant maximum de 400 mA.

C2 joue aussi le rôle de condensateur d'entrée de filtre.

Ce condensateur n'est cependant rechargé qu'à chaque alternance positive. La tension de ronflement est donc de 50 Hz, ce qui implique une cellule de filtrage très efficace.

LE DOUBLEUR DE TENSION ET D'INTENSITÉ

En combinant le montage doubleur de tension avec le montage doubleur d'intensité, on peut obtenir un circuit doubleur de tension et d'intensité.

Celui-ci est représenté ici:

Ce montage présente les avantages du doubleur d'intensité du circuit en pont et ceux du doubleur de tension.

La tension continue de sortie est de 2,82 x U eff et la tension inverse de pointe supportée par les redresseurs est également de 2,82 x U eff.

Là encore C1 et C2 n'ont à supporter chacun, que la moitié de la valeur maximum de la tension continue de sortie (1,41 x U eff).

On va pouvoir aussi multiplier les circuits pour obtenir des tripleurs de tension, quadrupleurs de tension…etc.

Attention, ces montages mettent en œuvre des tensions continues de plus en plus élevées et une très grande prudence sera indispensable lors des manipulations !

Sources : wikipedia, cours d’électronique du web, documents perso.