Mesures sur Alimentation sans transformateur pour PIC
alimsanstransfo3
1 Le Schéma de principe
2 Chuter la tension secteur
3 Le condensateur C1
4 Avance ou retard ?
5 La diode Zener
6 Le redresseur
7 Filtrage et LED
8 Le régulateur
9 Adaptation et particularités
10 Relevés effectués
11 Une entrée PIC à 50 Hz
12 Conclusions

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Avant propos

J'ai un projet de fonctionnement d'un PIC sur le secteur dans un tout petit montage à base de PIC 16F…(J'en dirai un plus d'ici quelque temps...)
Aussi ajouter un transformateur pour alimenter un tout petit montage est disproportionné, mais aussi beaucoup trop lourd pour être placé dans une prise de courant multiple, nourrice par exemple.
Il n'y a qu'à regarder les adaptateurs à transformateur dont on ne sait plus comment les brancher sur une nourrice, car il n'y a le plus souvent, pas la place.

En deuxième constatation, tirer seulement 3 à 5 mA sous 5V, sur un transformateur pour un montage avec afficheur LCD est résolument démesuré et occasionne des pertes qui ne sont pas tout à fait négligeables (En proportion de la puissance utile). Le plus souvent la perte d'énergie est très largement supérieure à l'utilisation !!!
(Certains PIC consomment seulement 100µA à 2 Mhz sous 2V !)

Alors après avoir élaboré quelques montages moins performants en détection //, j'ai regardé ce qui se faisait et j'ai trouvé plusieurs sites très intéressants comme SONELEC (Électronique - Realisations - Alimentations), ainsi que Jean Claude GRIMALDI (DOMOPIC-Interfaces).

Ces montages me paraissent tout à fait bien, mais j'ai voulu faire un peu plus le tour du sujet et réaliser quelques mesures et mieux comprendre pour m'assurer des interactions possibles et des éléments qui pourraient perturber. J'ai voulu aussi regarder comment simplifier la partie mesure du temps directement à partir du secteur 230V et de sa fréquence à 50 Hz.

Comme beaucoup d'électroniciens, je n'aime pas beaucoup le 230 V alternatif, mais il faut parfois s'y résoudre…
Alors comme un flash est toujours possible, j'ai préféré tester le montage et appréhender un peu mieux, ce qui peut en 20 mS détruire tout ce qu'il y a derrière…!
Et puis, quelques mesures associées à quelques remarques feront le tour du sujet. Un grand merci aux auteurs de ces deux sites qui ont indiqué ces montages qui fonctionnent !

Les novices prendront garde car ces montages en direct sur le 230 Volts sont tous potentiellement dangereux et ne sont pas recommandés aux personnes n'ayant pas les connaissances de base électriques ainsi que ceux qui ne maîtrisent pas les dangers du courant électrialimsanstransfo11que. Il y va de leur vie !

1 Le Schéma de principe

En premier lieu voici le schéma final (7) vers le quel on devrait aboutir, mais il est trop compliqué pour pouvoir comprendre réellement où se situent les clefs du "miracle sans transformateur".alimsanstransfo6

Le principe très simplifié de ces montages est celui-ci (1), que l'on appréhende beaucoup mieux. Il est en courant continu, mais cela ne change pas foncièrement le principe.
Ce n'est rien d'autre qu'une régulation sur la base d'une diode Zener.
Tout repose donc sur le calcul des courants de Zener et de celui de l'utilisation. Je ne reviens pas sur ce type de calcul car il est supposé acquis.
En 2 mots tout de même, le courant fournit par la source se divise en courant de Zener et en courant pour l'utilisation.
On comprend dès maintenant que si l'on veut une régulation de tension d'utilisation, le courant de cette dernière (l'utilisation) ne devra pas varier dans de grandes proportions, et en l'occurrence dans la plage mini/maxi qu'autorise la Zener.

Cependant, si il y a une deuxième régulation à l'aval, il est possible de descendre en dessous de cette valeur, sans toutes fois "attaquer" par une tension trop basse le régulateur qui suivrait.

2 Chuter la tension secteur

Le premier élément est déjà d'indiquer que l'on parle toujours à tort de 220 V en réalité la tension phase neutre est plus à 230 V (En France). Ceci a son importance, car 10 volts c'est 4% de la valeur nominale. Ça ne devrait pas changer foncièrement la face du monde au niveau de la sortie, mais c'est surtout au niveau des tensions d'isolement que c'est importanalimsanstransfo7t.

Le principe est d'utiliser la réactance d'un condensateur qui consomme uniquement de l'énergie RÉACTIVE en lieu et place d'un pont diviseur avec résistances qui lui, consomme de l'énergie ACTIVE seulement.
Pour rappel, l'énergie réactive en elle-même ne produit pas de chaleur ! (Mais le courant réactif s'il est utilisé, existe bel et bien et peut produire de l'énergie active, comme dans ce montage, et d'une façon générale dans les fils et composants dans lesquels il circule)

La réactance est donnée ainsi Z=1/Cw et s'exprime en ohms également. Avec C exprimé en Farads et w (oméga) =2*pi*f=628.31
Pour rester simple on admettra un condensateur parfait sans fuites, mais on le verra ce n'est pas toujours le cas. (Sa mesure à l'ohmmètre donne l'infini, mais la réalité en fonctionnement peut être un peu différente…).

Le principe est donc le schéma général d'une régulation par diode Zener.  La résistance Z1 est en réalité une impédance complexe, mais dans l'esprit on dira que c'est pareil ! Ce sera maintenant C1 qui assurera le rôle.
La tension aux bornes de la charge (En courant continu) est égale à la tension de Zener.

En courant alternatif, Z1 est "remplacée" par C1 qui est ce fameux condensateur. C'est ce condensateur le cœur  de ce montage, car il va laisser passer le courant alternatif du secteur, et va se comporter comme une résistance (réactance ou impédance) d'une certaine valeur déterminée par la valeur 1/Cw.

Nota : la réactance est équivalente à l'impédance dans le cas d'un condensateur parfait. L'impédance caractérise tout élément simple ou association d'éléments simples ayant diverses résistances selfs et condensateurs parasites en séries et ou en //. Pour l'explication il est préférable de faire appel à des composants parfaits et on ignorera ces détails.
(Avec les condensateurs, on est beaucoup plus proche du "composant parfait" que pour une self).

3 Le condensateuralimsanstransfo4 C1

Le condensateur C1 est donc le cœur d'un montage sans transformateur. Il faut y accorder autant d'importance qu'au transformateur d'un montage classique à transformateur !

C'est de sa seule valeur dont dépendra le courant disponible pour l'utilisation.
Plus sa réactance sera faible (1/Cw, sa "résistance" au passage du courant alternatif, plus le courant délivré sera important).

On notera que le courant qui traverse le condensateur devrait normalement se retrouver pour une part importante dans la charge, c'est-à-dire l'utilisation !
C'est le but final, car le reste n'est que de la perte d'énergie !

Ainsi une petite partie devra traverser la Zener pour qu'il puisse y avoir régulation de la tension. En l'absence de cette diode Zener, (Ou de destruction), la tension pourrait monter à des valeurs beaucoup plus élevées qui risqueraient d'endommager l'électronique à l'aval.

Le grand principe de cette alimentation est de ne créer en théorie aucun effet thermique au niveau de C1 qui chute la tension comme le ferait une simple résistance (SANS puissance dissipée ce qui est un plus indéniable).
(Pour comparer, la puissance dissipée par R1 pour 5 mA serait de 1.1 watts en supposant que tout le courant alimente à intensité fixe le montage (ce qui n'est pas réalisable)). 

On voit tout de suite également que le court-circuit de la charge n'entraîne aucune action destructrice, car on retrouve alors simplement un condensateur aux bornes du réseau, ce qui revient à "compenser le cosinus phi" !!! (Voir Nota)

Attention cependant à un élément important qui est la tension de service de ce condensateur qui devra supporter la tension crête du 230 volts soit 230*Racine  2= 325 Volts !
Ceci dans les meilleurs cas, mais sur incidents cela peut aller jusqu'au double.

Ce condensateur C1 du fait qu'il a à supporter une tension élevéalimsanstransfo12e sera assez volumineux, mais c'est la rançon du poids gagné ! Le choix de ce composant est important. On recommande de choisir une classe de tension X2. (Voir photo ci-contre)

Il y a cependant une telle jungle dans le marquage et les différentes catégories que je recommande, si on ne peut pas trouver ce type de composant de n'utiliser que des composants dont le marquage de la tension de service est indiqué en clair en tension au moins supérieure à 250V et avec le signe ~.

(Remarquez à ce sujet 2 tensions différentes indiquées qui doivent certainement correspondre à des normes de différents pays, bref ce n'est pas très limpide pour moi non plus !)

Certains condensateurs dont le type est difficile à appréhender peuvent convenir, mais il faut faire des essais.
Si vous ne trouvez pas ou n'avez pas le sésame de la classe X2, il est possible de savoir simplement si un modèle ayant une tension d'au moins 250 V convient. Il faut le mettre en essai sur un montage volant, (Ou le mettre en série avec une petite résistance directement sur le 230V) et le laisser tourner au moins un ¼ d'heure. On débranche le secteur !.... puis on évalue ensuite si ce condensateur est chaud….ou non. (La tiédeur est souvent incontournable, mais pas la chaleur !!???!)

L'absence de chaleur est un signe positif, mais n'est pas un passeport pour de longues heures sans défauts. Cela vous permettra seulement de faire des essais et d'attendre la prochaine commande d'un condensateur de classe X2 !

Alors restez prudent sur vos manips en 230 V et ne laissez pas les enfants approcher, tout doit être verrouillé !

Nota : Vous pouvez trouver de tels condensateurs à récupérer assez facilement (0.1µF ) dans des réglettes pour tubes fluorescents "compensés". (Photo ci-dessus !)

4 Avance ou retard ?

Ce Paragraphe est dédié aux étudiants et néophytes, et c'est un peu de la sémantique !

J'ai toujours été contrarié par la manière dont on présente les phénomènes physiques au niveau courant et/ou tension en retard ou en avance dans les éléments réactifs.

Pour ma part et n'en déplaise aux sommités de l'éducation nationale, RIEN ne peut être en avance sur le temps. On peut seulement parler de RETARD. (Einstein me contredira peut-être ?)
Ainsi dans un condensateur, c'est la tension qui est en retard et dans une self c'est le courant qui est en retard.

"Personne" n'est en avance, mais pour un condensateur par exemple, dont la tension est en retard (sur le courant), le courant n'est pas en avance mais en phase instantanée avec le temps. Ainsi un condensateur se comporte comme un court-circuit DÈS l'application d'une tension, c'est immédiat (Mais pas en avance).

C'est seulement instantané, mais le courant n'est tout de même pas apparu AVANT que l'on ne branche le fil sur le 230V du secteur….!!!!

Ce paragraphe est dédié aux étudiants et débutants bien entendu, qui ont du mal de comprendre le fonctionnement de ces éléments réactifs tels que selfs ou condensateurs.
Pour ce qui nous intéresse ici, c'est bien entendu le courant qui est déphasé de 90°, qui est dit réactif capacitif, et qui ne consomme aucune puissance active, mais qui existe bien réellement dans les fils, et qui peut aussi créer des pertes par effet JOULE, tout autant qu'alimenter en énergie notre montage.

Tout ce "badinage" pour dire que ce n'est pas tout à fait faux, mais il faut naturellement toujours préciser "AVANCE par rapport à", c'est-à-dire donner une référence en avant d'un phénomène ayant eu un retard, alors autant parler seulement de retard c'est beaucoup plus simple, plus compréhensible, moins ambigu et prête moins à confusion, car un retard par rapport au temps présent est suffisant. Point n'est besoin d'autre référence.

5 La diode Zenalimsanstransfo8er

Cette diode est également capitale, car c'est elle qui va limiter la tension à l'aval de C1 suivant la valeur de sa tension de Zener.
En effet suivant l'évolution du courant d'utilisation, la tension aux bornes de la charge pourrait atteindre la tension d'entrée.

Nota : Pour une sécurité accrue, il ne serait pas inutile de placer une deuxième diode Zener en // sur la première, dont la tension serait sensiblement plus élevée (15 volts pour la Zener d'origine de 12Volts par exemple). Cette diode supplémentaire n'aurait aucun impact et prendrait juste le relais en cas de rupture de la première diode Zener, empêchant ainsi de monter trop haut en tension.

Le principe d'une régulation Zener est préservé et le courant qui n'est pas absorbé par la charge le sera par la diode Zener.
Il y a donc un courant mini dans la Zener pour bénéficier d'une bonne régulation, mais aussi un courant maxi pour éviter de griller la Zener par effet thermique en dépassement de sa puissance.

La première remarque est d'indiquer que ce montage est calibré pour des faibles courants et pour des plages de courant d'utilisation assez étroites.

Dans le cas où la charge est déconnectée, toute la puissance est alors dissipée dans la diode Zener. La diode devra donc pouvoir supporter ce courant.
Dans les valeurs de condensateur jusqu'à 0.22µF et de tension, jusqu'à une douzaine de volts, la puissance de 0.5 Watts pour la Zener est suffisante dans cette situation.

On remarquera que l'on a toujours intérêt à avoir une utilisation en tension la plus élevée possible, car cela diminue d'autant la valeur du condensateur.

6 Le redressealimsanstransfo9ur

Il est possible de redresser en simple alternance, mais je crois que qu'il ne faut pas lésiner sur un petit pont de 4 diodes tout préparé, car on y gagne en ronflement résiduel et en symétrie. Alors quelle tension inverse pour ce pont ?
Simplement deux fois la tension Zener et non la tension secteur.

C'est un avantage indéniable et une miniaturisation certaine.

Pour s'en persuader revoir le schéma (3). La ligne pointillée sépare en deux, suivant les règles d'un pont diviseur habituel constitué par C1 et le reste du montage (Ou ce qui revient au même suivant le schéma de base d'une régulation Zener).
Alors il n'y a pas à ergoter sur un pont que l'on peut aussi réaliser en composants discrets !

Son courant maxi sera celui consommé par la Zener et l'utilisation. Cela ne posera en principe aucun problème pour les quelques dizaines de mA habituels de ces montages sans transformateur.

alimsanstransfo107 Filtrage et LED

Le filtrage est le rôle de C2 dont la valeur sera telle que pour le courant de charge, l'ondulation ne sera pas trop importante et que la tension ne tombera pas en dessous du seuil de régulation d'un régulateur de tension. Le "filtrage" par C2 est ici avant tout une réserve d'énergie, car la diode zener assure une grande partie de ce filtrage.

Pourquoi une LED ? Simplement pour deux raisons dont la première est d'attirer l'attention pour indiquer que le montage est sous tension SECTEUR. Ce montage reste DANGEREUX et est l'apanage des personnes dûment formées aux risques électriques.
La deuxième raison est de maintenir un petit courant de charge de manière à soulager un peu la Zener en cas d'absence de charge ou de débit faible.

On ajoutera à mon sens une précaution supplémentaire par les straps "STx" (Voir schéma (7)) dont le rôle sera de permettre la mise au point du dispositif électronique aval à partir d'une alimentation de laboratoire, sans avoir à supporter le risque du 230V. Six mini broches bouclées deux à deux sur un unique connecteur 3x2 permettront l'alimentation aval, et couperont, une fois retirées, toute présence secteur sur la partie électronique du montage. Les bornes AVAL permettront alors de connecter une alimentation de labo et un générateur de signal  50 Hz.

Quelle valeur pour le condensateur C2 ? doit-il être impoalimsanstransfortant ?
Pour répondre, il suffit de regarder la tension qui existe aux bornes d'un montage SANS condensateur de filtrage C2.
On s'aperçoit qu'il n'y a que des pics négatifs étroits à chaque alternance. On peut conclure rapidement que le condensateur aura seulement à emmagasiner l'énergie correspondante à la surface de ces pics négatifs, c'est-à-dire très peu de chose.

Pourquoi est-ce ainsi ? C'est le rapport entre la tension Zener et la tension secteur qui détermine cet angle d'ouverture du courant.
En effet le pic négatif correspond à la tension réseau qui tombe en dessous de 12V puis qui remonte à la demi période suivante et dans cette situation, c'est ce condensateur C2 qui doit prendre le relais et fournir l'énergie au montage.
Ce condensateur n'a pas besoin d'être "énorme", car dans 80% du temps il est inactif vu que la tension réseau est suffisante, pour à la fois le recharger, maintenir sa charge et fournir l'utilisation.
Les valeurs de C2 sont donc normalement plus faibles qu'en redressement classique, principalement à cause de la Zener qui entre en action très tôt dans le parcours de la sinusoïde, aussi bien en alternance positive que négative.

Cette fois C2 est rebranché mais quelle forme a le courant réseau 230V (Tension aux bornes de R1)alimsanstransfo2… Il n'est pas très beau ! Il reflète seulement le fonctionnement de la diode Zener et de la charge du condensateur C2.
On devine parfaitement l'instant de conduction de la Zener, en début d'alternance, où le condensateur C2 a déjà perdu un peu de son énergie, le front est raide pour charger C2 partiellement déchargé depuis la fin de la demi-période précédente.
Par opposition à la redescente, la pente est plus faible car C2 se décharge lentement dans l'utilisation jusqu'à la prochaine demi-période.
Les harmoniques d'un tel courant sont nombreux et peuvent échauffer très légèrement le condensateur C1 (Tiède mais pas chaud !). C'est pour cette raison que de vérifier la température de ce condensateur peut révéler une inadaptation d'un composant "lambda" sorti du "tiroir secret" !
(Le léger échauffement a aussi comme origine partielle les fuites du condensateur)

8 Le régulateur

Ce sera un régulateur dont la propre consommalimsanstransfo11ation interne sera faible à savoir un 78L05 (consommation maxi 6mA !) dans cet exemple, ou nettement mieux un LP2950-5, dont la propre consommation est faible (75µA, arrondis suivant des cas plus défavorables de courant à 500 µA).

La tension redressée devra être suffisante pour assurer la régulation, et avec une tension de 12V en Zener, il sera possible de réguler 5V même si le débit est tel, que la Zener n'a plus aucune action. (Tension redressé  inférieure à la tension de zener, mais supérieure à celle nécessaire au régulateur)
Il faudra avec le LP2950-5 seulement 5 V et une centaine de mV de plus en entrée pour pouvoir réguler. C'est nettement mieux !

Le régulateur sera donc choisi en fonction de la tension dont on veut disposer. Cette tension d'entrée du régulateur devra être dans la plage des tensions brutes données par la Zener

Pour ceux qui seraient tentés d'alimenter un ampli OP avec des tensions symétriques, faire très attention de ne pas mettre un deuxième pont et de réunir les communs, il faut mettre des diodes en plus car sinon ça fait court-circuit. (Voir les exemples de SONELEC).

Il est important de bien comprendre que ces montages sans transformateur sont faits pour la simplicité et l'économie d'énergie, aussi il faut caler au plus juste toutes les consommations tout en gardant à l'esprit qu'il y a des difficultés technologiques pour l'ajustement précis.
Pourtant sur le cas du régulateur, il est facile de choisir un composant courant qui ne consomme que peu. Il ne faut pas s'en priver !

9 Adaptation et particularités

D'une façon générale ce type de montage est fait pour de faibles consommations, et pour fixer les idées, je dirai de quelques mA à quelques dizaines de mA, mais de plus avec des courants d'utilisation relativement stables.
Demander un courant important sera synonyme de condensateur disproportionné en volume et sera alors contraire à l'esprit de créer quelque chose de "petit". Dans de tels cas, un transformateur pourra reprendre sa place privilégiée, ou le principe sera totalement différent cette fois, avec une alimentation à découpage.
C'est dit !

Vous voulez plus de courant ? Il faut réduire la réactance de C1, donc augmenter la capacité de C1.

La Zener chauffe anormalement, cela signifie que C1 est trop conséquent ou que l'utilisation ne consomme pas suffisamment de courant. (Ce n'est pas une erreur dans le texte, c'est bien l'inverse, car c'est une régulation // !)
Plus la tension continue d'utilisation est élevée moins le  condensateur C1 aura de travail. Moins sa réactance aura besoin d'être faible. A courant d'utilisation identique, le condensateur pourra être de plus faible valeur. On a donc intérêt à avoir des tensions continues d'utilisation, les plus élevées possibles pour minimiser ce condensateur.

Le rôle de R2 est de décharger le condensateur rapidement pour que C1 ne reste pas chargé trop haut en cas de défauts ou de charge insuffisante. Son rôle est aussi de décharger rapidement C1 par mesure de sécurité.
La valeur de R2 indiquée par les auteurs correspond à une constante de temps de 100ms. Sa puissance reste dérisoire. Elle est au maximum de 230²/10E6= 50mW.
R2 devrait normalement évoluer avec la valeur de C1 pour maintenir à peu près cette valeur de constante de temps.
Par nécessité technologique, il serait même préférable de mettre deux résistances en série de valeur moitié, car les résistances ont souvent des classes de tension maxi. (Le plus souvent on oublie ces détails), mais pour la fiabilité ça peut être important.


Le rôle de R1 est une très petite chute de tension toujours utile (# 2V), mais est surtout là pour assurer le rôle de fusible en cas de problèmes. Ainsi pour un courant de 10 mA MOYEN débité sur le secteur (Ainsi qu'en sortie de redresseur), la puissance de cette résistance de 470 ohms est de 470*10E-6= 0.47mW ce qui est dérisoire.
(Néanmoins, ce sont des milliampères non sinusoïdaux, c'est pour cela que j'ai parlé de valeur moyenne)

Par opposition au fonctionnement normal, la puissance dissipée dans R1 en cas de court-circuit de C1  serait de 112 W environ, aussi pour une résistance d'un ¼ watt, elle se volatilisera et fera office de fusible.

Le rôle de R1 permet aussi de limiter le courant d'appel lors de la charge initiale de C1 (à la MST).
En effet lorsque C2 est lui aussi totalement vide, dans ce cas le courant est un courant de court-circuit avec C1 et C2 considérés comme court-circuit, le courant instantané est alors seulement limité par R1 à une valeur de 0.46 Ampères.
(En pratique, car cette valeur sera plus faible et ce court-circuit ne dure que très peu de temps et n'est pas similaire à un échelon de tension puisque le courant va croître progressivement avec la montée de la tension. (On raisonne cette fois non plus en alternatif mais en instantané sur la charge d'un condensateur en courant "pseudo-continu").
Il faut ajouter que l'instant auquel on va établir le secteur aurait alors une importance capitale sur ce point, car cela serait alors similaire à un échelon de tension si on branche au sommet de la sinusoïde (alternance + ou -). Cette résistance prend tout intérêt dans ce cas !

Ce phénomène sera pourtant unique et ne nécessitera pas de précautions particulières, car au niveau du cumul thermique, il est très petit et ne représente qu'une très faible énergie, du fait d'un temps très court.
Je pense qu'en l'absence de fusible, il est préférable de laisser une résistance de ¼ ou 1/8 de Watt.

Faut-il un fusible en série avec R1 ? Je dirai OUI, car cela évitera d'avoir à changer un composant soudé car il est plus facile de changer un petit fusible sur ses clips. Quelle valeur ? 0.5 à 1 A en fusible rapide (I=0.46A).
D'autre part "exploser" la résistance R1 peut amener des projections de métal ou de matières brûlantes et provoquer sinon des incendies, un certain maculage, ce qui n'arrive pas avec un fusible sous verre.
J'ai réalisé la première série de mesures sans cette résistance et les valeurs sont identiques sauf vers les forts courants où "il y aurait" une très petite influence ?


Faut-il augmenter C2 ?
C2 est un principalement un réservoir dont le rôle est d'assurer la continuité de la tension et de fournir de l'énergie lorsque la tension secteur est inférieure à la tension Zener. En l'absence de C2, cette tension a la forme d'un signal continu avec des impulsions négatives correspondantes aux instants où le secteur est en dessous de la tension de Zener (En valeur absolue et aux tensions directes de diodes près !).
(Voir oscillogramme au §7)
C2 devra permettre tout au long d'une augmentation du courant demandée, de limiter l'ondulation résiduelle à une valeur acceptable.
On remarquera que C2 sera nécessairement limité en acquisition d'énergie par la réactance de C1. Ainsi au-delà d'une certaine valeur, l'augmentation de C2 n'aura plus aucune influence.
Pourquoi ? Simplement parce que l'on redresse la tension secteur avec la réactance de C1, et que cela revient à avoir une résistance interne du générateur de tension qui est assez élevée, cela empêchant peut-être de charger complètement un trop gros condensateur (fonction aussi de l'utilisation).
Quand le courant d'utilisation augmente, on peut accepter d'aller en dessous de la tension de Zener, mais c'est cet instant qui définit pratiquement le courant maximum que l'on peut espérer tirer du montage.

Pour connaître la valeur maximum possible pour C2, il faut passer par les calculs sur les énergies en prenant  en compte les courants d'utilisation, de Zener et la valeur de C1. (J'abandonne !) 

C2 aura seulement à restituer de l'énergie lorsque la tension secteur sera tombée en dessous de 12V (Aux tensions directes des diodes près) .

Si vous n'arrivez pas à centrer votre consommation dans la plage des courants mini et maxi de la Zener, alors il vous suffit d'ajouter en // un condensateur si vous manquez de courant, mais ce n'est en général pas très facile.
Il est plus facile de "monter d'un cran" en courant par un condensateur plus important et d'ajuster ensuite le trop éventuel avec la méthode ci-après.

Par opposition si vous avez trop de courant disponible et que la Zener chauffe trop, alors vous pouvez diminuer la résistance de la LED ou ajouter une charge permanente.

Il est difficile d'ajuster le condensateur C1 à une valeur précise car "les composants de classe X2 ne courent pas les rues "!
Dans certains cas où la dynamique de consommation du montage est très importante, il sera nécessaire d'augmenter la capacité alimsanstransfo14C1, mais d'augmenter aussi la puissance de la Zener ou de créer une "Zener artificielle" avec un transistor de puissance. (C'est un sujet qui dépasse cet article).

Dans cette suite logique, je vois déjà la question... Peut-on alimenter un petit relais suivant ce principe ?
La réponse est oui et la photo ci-contre en témoigne puisqu'il s'agit d'un boîtier de prise de courant télécommandé par radio.
On constate que le condensateur C1 existe et qu'il a été porté à 0.33µF (Classe X2) pour assurer le courant dans la bobine du relais.
On remarquera aussi qu'il y a un fusible mais il est peut-être sur le circuit prise de courant et non sur l'alimentation ?
Il serait utile de décortiquer le montage pour voir les solutions retenues, mais je vais vous laisser le soin de le faire...Si vous êtes en énergie vous pouvez le faire et je publierai sous votre pseudo !

10 Relevés effectués

Ces relevés ont été réalisés avec un condealimsanstransfo6nsateur C1 de 0.1µF, une diode Zener de 12V, un condensateur C2 de 47 µF et avec un potentiomètre de petite puissance de 50 K / 2W en guise de charge. (Le courant ne devra pas dépasser 6 mA pour ne pas le griller).

On constate que le point où la tension d'utilisation descend en dessous de la tension de Zener est situé précisément pour 4 mA. On pourra malgré tout avec un régulateur 5V de qualité aller jusqu'à 5.8 mA environ. pour une tension régulée de 5V (Après régulateur LP2950).

J'ai cependant fait un petit oubli dans les mesures, car j'ai gardé la LED et sa résistance, ce qui aurait pu rendre un peu incohérentes les mesures, mais ça n'a pas réellement changé ! Il faut dire que avec 12V de nominal, une tension de 1.57V aux bornes de la LED et 4.7 K, le courant est en théorie de 2.2 mA dans la LED et diminuera progressivement aussi lorsque l'on passera sous la tension de Zener.
Le courant relevé est le seul courant dans la charge (SANS LED)

Bref ces mesures ont le mérite d'exister pour un cas précis, mais ne sont plus fiables à partir de 4mA, point où la tension ne sera plus continue mais aura des pics négatifs d'autant plus importants que le courant le sera lui-même. La valeur de telles mesures est donc fausse par définition... Cela reste seulement une "indication moyenne".

Le condensateur C1 utilisé était un modèle 220V noté "alternatif" de récup !. Sa valeur précise était de 0.102 µF.
Le courant en court-circuit de charge était de 6.64mA sans LED. (Ce montage est celui des relevés de courbes)

Un deuxième essai de condensateur C1 de 0.1µF (SIC-SAFCO) a été utilisé et cette fois le courant de court-circuit était de 10.05 mA +I_LED à ajouter. (Mesure du condensateur effectuée, celui-ci a une valeur de 0.132µF)

Un troisième essai avec un condensateur C1 de 0.22µF a donné un courant de court-circuit de 13.56mA + I_LED.

Parallèlement, j'ai aussi essayé pour C2 un condensateur de 22µF et les résultats sont très proches des mesures avec 47µF et correspondent bien entendu à ce qui a été dit sur l'influence réduite de cet élément qui n'est actif que durant 20% du temps environ.

Dans le montage d'origine, j'ai également noté une ondulation résiduelle de 0.4V CC (crête-crête) avec C2=47µF pour un courant de 5.04 mA avec tension aux bornes de la zener 12V de 8.26alimsanstransfo13V (Zener sans action).
Cette ondulation était identique pour un courant de 6mA et une tension aux bornes de la zener de 4.03V !

Nota : Attention aux valeurs de courants de court-circuit indiquées, ou de tensions plus faibles que la tension de zener car ces mesures ne sont plus réalisées avec des courants continus mais des courants pseudo-sinusoïdaux, et "un peu tourmentés". (Oscillogramme de tension relevée aux bornes d'une résistance de 10 Ohms en // sur C2, simulant un court-circuit)

11 Une entrée PIC à 50 Hz

C'est l'occasion d'avoir du 50 Hz à faible coût ! alimsanstransfo11c'est le dernier schéma qui est rappelé ici avec deux composants de plus s(ans nom) de 47K et de 5.1V.
En effet, il peut être intéressant d'avoir des impulsions de 5 Volts à 50 Hz, mais après avoir retourné le sujet plusieurs fois, j'ai enfin abouti à une solution simple et sécurisée qui autorise même de descendre en dessous de la tension de Zener et donc de "tirer" sur l'alimentation un maximum de courant.

La fréquence du réseau électrique Français étant assez stable (1%), et surtout garantie pour un nombre de périodes fixe par année seulement ! On pourrait facilement utiliser un signal dérivé de cette alimentation pour mesurer des temps de fonctionnement d'équipements raccordés au réseau…
Cela garantirait finalement une "certaine" précision du temps sans avoir à gérer ni le DCF77 ni un quartz. Ainsi l'oscillateur interne d'un PIC ne serait plus une référence de temps ce qui permet d'utiliser l'oscillateur interne d'un PIC sans mettre de quartz et d'avoir une horloge  faite par la résistance ajustée par le constructeur, (Ce qui est loin d'avoir la précision et la stabilité d'un quartz).

Ce schéma devrait donner satisfaction pour fournir une entrée fréquence 0-5V ayant l'alimentation comme origine. Je l'ai essayé et il donne un beau signal carré de fréquence 50 Hz dont la base est à 0 Volts (commun du régulateur).

Une résistance et une diode Zener 5.1V ou 4.7V suffiront à fournir ce signal à partir du montage d'alimentation existant. On pensera seulement à placer un petit circuit RC à l'entrée du PIC pour éviter des parasites.
La résistance série de 47 K permet un faible courant dans la Zener, L'utilisation étant une entrée CMOS est considérée comme ne consommant pas de courant.

Nota : Cette adjonction d'une sortie 50 Hz consomme tout de même un courant qui est issu de C1. Ce courant a été réduit le plus possible par une résistance assez élevée de 47K qui semble suffisante, mais c'est tout de même très peu pour un courant zener. La précision n'est pas vzritablement requise, et il s'agit seulement de ne pas dépasser 5V.
On adjoindra à cette entrée PIC déjà protégée par le constructeur, une autre diode au VCC, en sécurité et en composant discret cette fois pour éviter tout problème de destruction du PIC.

12 Conclusions

C'est un petit montage dont je ne suis pas l'auteur pour la partie principale, mais qui m'a beaucoup intéressé par son aspect simple à priori, mais qui cache finalement pas mal de points délicats qu'il est nécessaire de bien appréhender.

Avant de l'installer en définitif sur un montage, je mettrai tout de même cette alimentation en endurance pour quelques jours sur une charge équivalente au montage…
Avant implantation définitive, je regarderai tout de même les limites de variation du courant total consommé par le PIC et l'Afficheur dans un cycle complet depuis la MST…

Je pense que cette approche à la fois théorique et pratique est susceptible de permettre des modifications pour s'adapter à divers cas courants.
Cependant ce type d'alimentation secteur est particulièrement recommandé pour les faibles courants d'alimentation de petits montages qui devront de toutes façons être parfaitement isolés et n'avoir aucun contact avec aucune partie métallique.
Des distances d'isolation seront à respecter.
Je reste prudent et avant tout fervent du redressement double alternance par un pont, et fervent aussi de la LED de signalisation de présence secteur ! (Couleur Rouge bien évidemment !)

Il faut aussi considérer que le condensateur C1 est soumis à des contraintes diélectriques fortes et que comme pour les condensateurs de compensation du cosinus phi en électrotechnique, ce type de composant C1 n'est pas garanti à vie, même pour une classe X2 ! Mais l'expérience mérite d'être tentée 

Je suis certain d'utiliser ce montage ou une partie seulement, au moins une fois, mais il faut le dire, j'aime bien mes petites habitudes et mon petit transformateur préféré !!!

DANGER High Voltage !

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