Calculatrice d'alimentation capacitive sans transformateur

Une alimentation capacitive sans transformateur (aussi appelée circuit à condensateur chute de tension) est une méthode compacte et peu coûteuse pour convertir la tension secteur AC en une tension DC plus basse sans utiliser de transformateur. Elle est largement utilisée dans les applications de faible puissance comme les voyants LED, les alimentations simples pour microcontrôleurs et les circuits de télécommande, où le courant requis est généralement inférieur à 50 mA et où l'isolation du secteur est assurée par d'autres moyens (par exemple un optocoupleur ou un routage PCB très soigné). Le circuit fonctionne sur un principe simple : un condensateur en série (le condensateur de chute) agit comme une impédance réactive qui limite le courant sans dissiper de puissance. Comme l'impédance d'un condensateur est purement réactive (Xc = 1/(2πfC)), il fait chuter une grande partie de la tension secteur avec très peu de perte d'énergie. Le condensateur relié au secteur est suivi d'une diode de redressement (ou d'un pont) et d'une diode Zener qui bloque la sortie à la tension DC souhaitée, en absorbant tout courant excédentaire. La réactance du condensateur de chute se calcule avec Xc = 1 / (2π × f × C), où f est la fréquence secteur (50 ou 60 Hz) et C la capacité en farads. Le courant RMS disponible est approximativement Irms ≈ Vac / Xc (formule simplifiée, en supposant que le condensateur domine l'impédance). Le courant DC disponible après redressement est à peu près Idc ≈ 0.9 × Irms pour un pont de diodes. La tension de sortie DC est bloquée à la tension Zener (Vout = Vzener). Le courant de charge vaut Iload = Vout / Rload, et la Zener doit absorber le courant excédentaire Iz = Idc – Iload, en dissipant une puissance Pz = Vzener × Iz. La sécurité est primordiale avec les alimentations sans transformateur : le circuit de sortie est directement connecté au secteur et n'est pas isolé. Tout point côté sortie peut se retrouver au potentiel secteur par rapport à la terre. Cette topologie ne doit donc être utilisée que dans des boîtiers entièrement isolés, sans partie métallique accessible reliée à la sortie, et le produit doit respecter les normes de sécurité applicables (IEC 60335, etc.). Pour les applications nécessitant une isolation galvanique — par exemple tout circuit pouvant être touché par l'utilisateur — un transformateur secteur adapté ou une alimentation à découpage isolée est obligatoire. Le condensateur lui-même doit être prévu pour une tension AC secteur continue et doit être de type sécurité : un condensateur classe X2 (275 VAC, pour connexion en parallèle sur le secteur) est le bon composant. Les condensateurs électrolytiques ne doivent jamais être utilisés à cet endroit. La tension nominale doit être d'au moins 400 V DC ou 250 V AC pour le secteur 230 V, ou 250 V DC / 165 V AC pour le secteur 120 V. Étapes de conception typiques : choisissez la tension de sortie requise (= tension Zener), estimez le courant de charge maximal, calculez la capacité nécessaire avec C = Idc / (2π × f × Vac × 0.9), puis sélectionnez la valeur normalisée la plus proche. Vérifiez toujours que la dissipation Zener Pz = Vzener × (Idc_max – Iload_min) reste dans la puissance nominale de la Zener, avec une marge confortable d'au moins 50 %.