une source silencieuse pour les circuits sensibles
FOCUS SUR Puissance et énergie
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49ème année n° 517
janvier/février 2026
ISSN 0181-7450
No de TVA Intracommunautaire : FR90319937454
Dépôt légal : janvier 2026
CPPAP 1125 T 83713
Directeur de la publication : Donatus Akkermans
Elektor Magazine est publié 8 fois par an par PUBLITRONIC SARL – c/o Regus Roissy CDG 1, rue de la Haye – BP 12910 FR - 95731 Roissy CDG Cedex www.elektor.fr | www.elektormagazine.fr
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Toute reproduction ou représentation intégrale ou partielle, par quelque procédé que ce soit, des pages publiées dans la présente publication, faite sans l’autorisation de l’éditeur est illicite et constitue une contrefaçon. Seules sont autorisées, d’une part, les reproductions strictement réservées à l’usage privé du copiste et non destinées à une utilisation collective, et, d’autre part, les analyses et courtes citations justifiées par le caractère scientifique ou d’information de l’oeuvre dans laquelle elles sont incorporées (Loi du 11 mars 1957 -art. 40 et 41 et Code Pénal art. 425).
Certains circuits, dispositifs, composants, etc. décrits dans cette revue peuvent bénéficier de droits propres aux brevets; la Société éditrice n’accepte aucune responsabilité du fait de l’absence de mention à ce sujet. Conformément à l’art. 30 de la Loi sur les Brevets, les circuits et schémas publiés dans Elektor ne peuvent être réalisés que dans des buts privés ou scientifiques et non commerciaux. L’utilisation des schémas n’implique aucune responsabilité de la part de la Société éditrice. La Société éditrice n’est pas tenue de renvoyer des articles qui lui parviennent sans demande de sa part et qu’elle n’accepte pas pour publication. Si la Société éditrice accepte pour publication un article qui lui est envoyé, elle est en droit de l’amender et/ou de le faire amender à ses frais; la Société éditrice est de même en droit de traduire et/ou de faire traduire un article et de l’utiliser pour ses autres éditions et activités, contre la rémunération en usage chez elle. Pour consulter l’intégralité de nos conditions générales, veuillez vous référer à notre site web.
Imprimé aux Pays-Bas par Senefelder Misset, Mercuriusstraat 35, 7006 RK Doetinchem
Distribué en France par M.L.P. et en Belgique par A.M.P.
Jens Nickel
Rédacteur en chef international, magazine Elektor
Le monde des batteries
Quand j’ai rejoint Elektor en 2005, j’ai fait la connaissance de Thomas Scherer, l’un de nos auteurs réguliers. Thomas a eu l’honneur d’être rédacteur chez Elektor à l’âge d’or de l’électronique, dans les années 80, avant que la plupart des jeunes technophiles ne se mettent à programmer des ordinateurs plutôt qu’à bricoler avec des composants. Thomas avait donc plus d’expertise que moi ; il était spécialisé dans les LED et l’éclairage, ainsi que dans les alimentations et les batteries. Au fil des ans, Thomas a beaucoup écrit sur les technologies de batteries, dont certaines très prometteuses, développées dans des labo de recherche. En 2026, Thomas est donc qualifié pour écrire un article sur les différents types de batteries (au lithium) (page 20). Toutefois, nous constatons tous deux qu’il n’y a pas eu d’évolutions spectaculaires ces dernières années.
Pour les batteries au lithium, les cellules NMC offrent toujours les meilleures performances et doivent être manipulées avec précaution. Lors d’un webinaire, Thomas nous a averti de les recharger régulièrement pour prévenir de graves conséquences. La semaine suivante, j’ai fait la liste de toutes les batteries externes et les NMC intégrées dont je disposais. Comme je bricole beaucoup avec des équipements mobiles, j’en ai compté plus de 60, que j’ai soigneusement numérotées.
Dans ce numéro, il y a encore beaucoup à découvrir, à commencer par l’alimentation à faible bruit (page 6) de mon collègue Ton Giesberts, qui, lui aussi, a commencé chez Elektor bien avant moi. Parmi les autres projets figurent un nœud de capteurs économe en énergie, une charge CC réglable, un compteur de fréquence réseau, et plus encore ! <
BU ZZZ Around ........
« La technologie de puissance revient en Europe. Le lithium renouvelable de Vulcan Energy pour les VE, les thermoélectriques ICECAP et les batteries BTRY sont prometteurs, tout en faisant face au défi de la montée en échelle. »
Udo Bormann — Responsable marketing
« Une bonne conception en électronique de puissance dépasse les composants et les simulations. Elle repose sur des choix d’ingénierie précis et bien documentés. »
Glaucileine Vieira — Rédactrice
« Les technologies de puissance et d’énergie progresseront rapidement grâce à une électronique de puissance plus intelligente, à l’optimisation par l’IA et aux renouvelables à grande échelle. »
C. J. Abate — Directeur du contenu
Rédacteur en chef : Jens Nickel | Directeur du contenu: C. J. Abate | Rédaction : Hans Adams, Asma Adhimi, Roberto Armani, Eric Bogers, Rolf Gerstendorf (RG), Ton Giesberts, Saad Imtiaz, Alina Neacsu, Dr. Thomas Scherer, Jörg Starkmuth, Clemens Valens, Brian Tristam Williams | Contributeurs réguliers : David Ashton, Stuart Cording, Tam Hanna, Ilse Joostens, Prof. Dr. Martin Ossmann, Alfred Rosenkränzer | Maquette : Harmen Heida, Sylvia Sopamena, Patrick Wielders | Des questions techniques : editor@elektor.com
notre équipe
DANS CE NUMÉRO
alimentation de laboratoire à faible bruit (1)
une source silencieuse pour les circuits sensibles
Rubriques
3 Édito
42 drôles de composants, la série varistances
50 démarrer en électronique… … touche à sa fin
84 sur le vif l’excès d’indulgence
86 projet 2.0 corrections, mises à jour et courrier des lecteurs
88 2026 : une odyssée de l’IA quand les modèles commencent à orienter le matériel
Articles de fond
20 les batteries aujourd’hui technologies et différences des batteries au lithium
31 convertisseur abaisseur de 48 V à 5 V une réalisation pratique
57 Elektor Live! Expert Day 2025
63 Fnirsi DPS-150 alimentation portable compacte et convertisseur
82 un ventilateur pour la mini-plaque de refusion des modifications astucieuses pour des résultats optimisés
98 alimentation sans fil des appareils avec la technologie inductive
102 conduite autonome basée sur l’IA le Self Driving Challenge 2024 du RDW
Projets
6 alimentation de laboratoire à faible bruit (1) une source silencieuse pour les circuits sensibles
26 charge électronique réglable charge CC statique et dynamique
34 nœud de capteurs autonome v2.0 partie 2 : validation matérielle et optimisations énergétiques
44 compteur graphique de fréquence du secteur surveillance de la qualité du réseau
72 chargeur simple et testeur de capacité avec deux modules économiques « prêts à l’emploi »
74 détecteur de couleurs intelligent avec synthèse vocale et lecture audio basées sur l’IA
79 PbMonitor v2.0 présentation du système de surveillance de batteries mis à jour
92 picoampèremètre de précision (2) assemblage, calibration et test
110 carte son comme générateur de signaux un PC utilisé comme émetteur de test DCF77
FOCUS SUR
Industrie
18 STM32 Edge AI Contest 2025 les gagnants
52 ferrites CMS à charge de courant de crête plus résistantes aux pics de courant
60 la récupération d’énergie propulse l’IoT et l’IIoT vers une nouvelle ère la récupération d’énergie affranchit l’IoT de la dépendance au réseau
CONTENU BONUS
Découvrez l’édition bonus gratuite du magazine Elektor consacrée à la puissance et à l’énergie !
> Surveillance de la tension par microcontrôleur
> Énergie solaire pour l’électronique
> câblage et calibration d’un capteur de courant côté haut de 10 µA
> Infographie : puissance et énergie
www.elektormagazine.fr/ energie-puissance
Bientôt dans ces pages
Le numéro de mars et avril 2026
Vous retrouverez dans le prochain magazine Elektor l’habituel mélange stimulant de réalisations originales, de circuits, d’articles de fond, de sujets nouveaux, de trucs et d’astuces pour les électroniciens. Le thème de ce numéro sera « embarqué et IA ».
> Scrutiny : outil de débogage open source
> BLEnky : le Bluetooth Low Energy simplifié
> Programmation : l’IA crée une bibliothèque
> Génération de signaux avec le PIO du RP2040
> Hey Elektor : reconnaissance vocale par IA
> Comptage de visages avec une MaixCAM
> Charge CC symétrique
> Carte émetteur-récepteur audio : réglage des horloges
Le numéro de mars – avril 2026 du magazine Elektor sera publié aux alentours du 11 mars 2026.
La date d’arrivée du magazine papier chez les abonnés dépend des aléas d’acheminement.
Une source silencieuse pour les circuits sensibles
Ton Giesberts (Elektor)
Cette alimentation symétrique, entièrement analogique, réglable et de puissance moyenne ne fait appel à aucun circuit à découpage ni à aucun composant numérique. Elle délivre une tension de sortie réglable de 0 V à ±22 V, ainsi qu’un courant de sortie ajustable de 0 A à 1 A. En excluant toute forme de commutation, le circuit assure un niveau de bruit extrêmement faible. Les tensions et courants de sortie sont affichés par quatre mini-instruments à bobine mobile.
La plupart des alimentations de laboratoire modernes et des adaptateurs secteur utilisent des techniques à découpage. Même les meilleurs modèles présentent inévitablement des ondulations à haute fréquence et d’autres artefacts de commutation en sortie, susceptibles de perturber les tests de circuits analogiques sensibles ainsi que les mesures de faible niveau. Pour y remédier, le principe retenu est celui d’une alimentation entièrement analogique. Bien que moins efficace que ses homologues à découpage, cette moindre efficacité importe peu sur un banc de test et garantit des résultats de mesure plus propres et plus fiables.
Parce que de nombreux circuits analogiques nécessitent une alimentation symétrique, ce modèle fournit des tensions de sortie positive et négative de même amplitude. Un léger ajustement est possible pour compenser un éventuel déséquilibre. Une fonction de limitation de courant variable est également intégrée.
Compteurs analogiques
Afin de conserver un circuit entièrement analogique, quatre mini-voltmètres à bobine mobile affichent les tensions et courants de sortie (figure 1). Bien que leur précision et leur résolution soient limitées, leur avantage est de ne nécessiter aucune alimentation auxiliaire. Chaque ampèremètre est placé dans la boucle de rétroaction du régulateur, de sorte que sa résistance interne n’affecte pas la tension de sortie.
Trois transformateurs
Pour minimiser la taille du dissipateur thermique, la tension d’entrée de l’alimentation doit idéalement suivre la tension de sortie.
Figure 1. Les voltmètres traditionnels à bobine mobile ne nécessitent aucune alimentation auxiliaire et n’introduisent aucun bruit.
En tenant compte des chutes de tension dans les redresseurs, les bobines de filtrage, les fusibles, l’ondulation des condensateurs de filtrage et la chute du régulateur, l’entrée doit être d’au moins 3,5 V supérieure à la sortie. Seule une solution à découpage pourrait y parvenir efficacement. Mais cela irait à l’encontre de l’objectif recherché. Une alternative analogique plus pratique consiste à utiliser un transformateur avec plusieurs tensions secondaires et à basculer vers une tension plus élevée si nécessaire. Deux enroulements secondaires constituent un minimum ; trois sont préférables, car cela réduit nettement la taille du dissipateur thermique. L’utilisation de dissipateurs séparés
pour chaque étage de sortie améliore encore le refroidissement et simplifie la réalisation. Au lieu d’un seul transformateur doté de six enroulements secondaires, peu courant, trois transformateurs toroïdaux encapsulés identiques sont utilisés. Ils sont montés sur une carte dédiée qui intègre également les circuits de relais permettant de sélectionner la tension secondaire appropriée. Cette approche modulaire simplifie la construction et permet d’installer la carte des transformateurs séparément de la carte principale de l’alimentation.
Un aperçu de l’alimentation complète à faible bruit est présenté en figure 2. L’alimentation est construite autour de trois cartes de circuits
distinctes : une carte de filtrage secteur, une carte de transformateurs et une carte de régulation de tension. Nous allons commencer notre analyse détaillée dans le coin supérieur droit avec le filtre secteur.
Filtre secteur
La tension secteur comporte de nombreux bruits et interférences. Pour une alimentation à faible bruit, elle doit donc être filtrée avec soin. Dans la plupart des cas, les interférences en mode commun sont plus marquées que les bruits en mode différentiel, ces derniers pouvant souvent être éliminés par un simple filtre passe-bas RC ou LC. Pour renforcer la suppression des bruits en mode commun, ce
Figure 2. Vue d’ensemble de l’alimentation à faible bruit.
les batteries aujourd’hui
Technologies et différences entre les batteries au lithium
Thomas Scherer (Allemagne)
Les batteries au lithium alimentent tout, des smartphones aux voitures électriques, mais les différentes chimies offrent des caractéristiques distinctes. Découvrez comment les technologies actuelles diffèrent, et quelles innovations vont remodeler le stockage de l’énergie.
Les batteries sont indispensables au développement technologique de l’humanité. Sans elles, il n’y aurait pas d’accès mobile à l’électricité. Non seulement pour les smartphones et les ordinateurs portables, mais surtout pour les voitures électriques et les systèmes de stockage solaire, les batteries sont des composants essentiels dont dépendent la capacité, le poids, le volume, la stabilité et le prix. Autant de raisons de eur consacrer une attention particulière dans Elektor. Heureusement, les batteries évoluent elles aussi avec le temps et se sont améliorées en continu grâce aux progrès techniques. Tout le monde en possède, et dans chaque foyer, elles sont présentes en nombre surprenant. Chez moi, le nombre d’appareils alimentés par batterie est impressionnant. Téléphones : 4, smartphones : 3, montres connectées : 2, télécommandes : 8, détecteurs de fumée : 5, lampes de poche : 5, thermostats de radiateur : 10, et appareils de mesure : 7. S’y ajoutent deux vélos électriques, une trottinette électrique
ainsi que la batterie au plomb classique de la voiture, qui sera peut-être bientôt entièrement électrifiée, parallèlement à l’acquisition d’un stockage solaire. Il y a aussi un stock de piles bouton, AA et AAA. Un ensemble de bien plus de cinquante batteries de types différents, comme c’est courant dans la plupart des foyers modernes. Rien ne fonctionne aujourd’hui sans batteries. Elektor a également traité ce sujet à plusieurs reprises. Le premier article d’Elektor sur les batteries au lithium [1] a déjà plus de 40 ans !
Terminologie et histoire
Tout a commencé avec une grenouille dont les muscles se contractaient au contact de différents métaux, comme Luigi Galvani l’a découvert en 1780 [2]. Il avait ainsi, sans le savoir, réalisé la première « cellule galvanique », comme Alessandro Volta l’a compris en 1792 en entendant parler des expériences de Galvani. Il a reconnu qu’il s’agissait d’électricité (de contact). Ce fut la naissance de la cellule primaire, qui produit
de l’énergie électrique par des processus chimiques. Huit ans plus tard, il construisit la « pile de Volta » — un empilement de plaques de cuivre et de zinc, séparées par un matériau poreux imbibé d’électrolyte (figure 1). La répétition multiple dans la pile (pour former une batterie, au sens originel du terme) visait, comme aujourd’hui, à augmenter la tension. Ces pionniers ont laissé leur empreinte dans la terminologie par le galvanisme (étude de la conversion de l’énergie chimique en énergie électrique) et le volt comme unité de tension électrique dans l’histoire de la technologie. Il ne fallut pas longtemps avant que Johann Wilhelm Ritter n’invente une forme rechargeable en 1803, créant ainsi la cellule secondaire. Cinquante ans plus tard, Wilhelm Josef Sinsteden inventa la batterie au plomb. Peu après, ces batteries devinrent essentielles comme « batteries centrales » dans les centres téléphoniques pour exploiter les premiers réseaux téléphoniques. Vers 1900, il existait déjà plusieurs voitures électriques reposant sur de grandes et
Figure 1. Pile de Volta historique (Source : Luigi Chiesa, CC BY-SA 3.0 [7]).
lourdes batteries au plomb (figure 2), ce qui explique pourquoi le moteur à combustion interne s’est imposé pendant plus de 100 ans supplémentaires.
Pour des raisons historiques, les techniciens et scientifiques parlent de cellules primaires lorsqu’elles ne sont pas rechargeables et consomment ou modifient chimiquement leurs matériaux jusqu’à rendre la cellule inutilisable lors de la production d’électricité. Ils parlent de cellules secondaires lorsque la cellule est conçue de sorte que les changements chimiques soient électriquement réversibles, c’est-à-dire que les cellules sont rechargeables. On distingue également les accumulateurs (du latin accumulare = accumuler) et les batteries, bien que ce dernier terme vienne du verbe français battre = battre, et que « batterie » désignait à l’origine une série de canons prêts à tirer, puis, par extension, une série. Il ne s’agit toutefois pas d’une véritable contradiction, car tous les types de cellules peuvent être connectés « en série ».
Dans les pays anglophones, le terme « battery » est généralement utilisé sans distinction, qu’il s’agisse de plusieurs cellules connectées en série ou même d’une seule cellule. D’ailleurs, ce terme est toujours employé dans un contexte militaire pour désigner des canons. Aucune distinction n’est faite entre cellules primaires ou secondaires. Avec l’internationalisation croissante, ce terme générique s’est imposé ces dernières décennies, si bien qu’en Allemagne aussi, on parle aujourd’hui presque exclusivement de « batteries ». Cela a toujours été le cas pour les batteries de voiture ; encore aujourd’hui, 90 % sont des batteries au plomb. La terminologie est similaire aux Pays-Bas. Même en France, où l’on distingue pile (petite batterie) et batterie (grosse batterie), ce processus de généralisation semble inéluctable. Puisqu’il n’existe de toute façon qu’un seul symbole de schéma (figure 3), on parlera ici simplement de batteries.
Critères
Les différents types de batteries se distinguent principalement par la chimie utilisée (c’est-à-dire les matériaux des électrodes et de l’électrolyte). Les détails de la construction interne et du design jouent également un rôle. Selon l’application, différentes propriétés sont prioritaires.
Pour les petits appareils mobiles comme les télécommandes, on utilise généralement des cellules primaires telles que les anciennes piles zinc-carbone ou, aujourd’hui, des piles alcalines-manganèse. Ces « produits jetables » sont, hormis l’aspect écologique, largement sans problème et ne seront pas détaillés dans cet article. L’accent sera mis ici sur les cellules secondaires, en particulier les batteries au lithium, en raison de leur importance. Pour les appareils intelligents et mobiles, en raison de la consommation d’énergie relativement élevée de leur microcontrôleur, la petite taille (ou plus précisément : le rapport énergie/volume, c’est-à-dire la densité d’énergie volumique en Wh/l) est
Figure 3. Un symbole pour tous. L’électronique ne connaît qu’un seul symbole de schéma pour les cellules primaires ou secondaires, représentant la polarité des électrodes par des traits de longueur différente.
le facteur déterminant, afin qu’une seule charge tienne toute la journée. Cette propriété est également importante pour les véhicules électriques, car, par exemple, une voiture électrique disposant d’une réserve d’énergie de 20 à plus de 100 kWh devrait sinon emporter un volume considérable qui manquerait aux passagers ou au coffre.
Cependant, pour les voitures électriques, d’autres critères sont également pertinents : avant tout la durabilité, définie comme le nombre de cycles de charge jusqu’à ce qu’une capacité de stockage définie (généralement 80 % ou 75 % de la valeur initiale) soit atteinte. Il faut aussi mentionner le rapport énergie/poids, la dite densité d’énergie gravimétrique en kg/l. Une Tesla Model Y, pesant environ 2 t avec une batterie de 100 kWh composée de près de 5 000 cellules individuelles, est plus lourde que l’ancienne Lohner-Porsche avec sa batterie au plomb de 24 kWh. Ici, la batterie représente environ un tiers du poids total, et ce poids influence notamment les performances d’accélération et la consommation d’énergie en usage. Enfin, le coût joue lui aussi un rôle majeur, car le lithium actuellement indispensable à toutes les batteries de voitures électriques est coûteux et constitue l’essentiel du surcoût par rapport aux véhicules thermiques. La capacité de charge rapide est également un argument commercial décisif. Il y a une réelle différence entre attendre seulement 10 minutes ou de longues 45 minutes pour recharger après 300 km afin de poursuivre son trajet.
Figure 2. La Lohner-Porsche de 1,8 t, propulsée par quatre moteurs-roues de 1,5 kW chacun, datant de 1900. À gauche, à côté du conducteur, Ferdinand Porsche.
charge électronique réglable
Charge CC statique et dynamique
Alfred Rosenkränzer (Allemagne)
Les avantages d’une charge CC réglable pour tester des alimentations sont clairs : il n’est plus nécessaire d’utiliser une série de résistances de charge, car le courant souhaité se règle facilement. Si la charge permet aussi des transitoires de charge rapides et réglables, il devient également possible de tester la réponse dynamique de la source.
Pour disposer de capacités dynamiques, une charge électronique doit au minimum pouvoir commuter entre deux valeurs réglables. Cela nécessite d’intégrer une forme de générateur de fonctions dans le circuit. L’effort de conception électronique correspondant est important, ce que l’on peut vouloir éviter si ces fonctions ne sont requises que quelques fois par an.
Cet effort peut être fortement réduit en utilisant un générateur de fonctions – un appareil que tout amateur d’électronique travaillant avec des signaux audio ou d’autres circuits analogiques possède déjà –pour rendre le courant variable dans le temps. La charge n’a alors besoin que d’une entrée de commande, ce qui simplifie fortement son circuit. Un générateur de fonctions externe présente en outre un autre avantage : il fournit en général non seulement des signaux carrés, mais aussi des formes d’onde sinusoïdales et triangulaires, ouvrant des possibilités de mesure supplémentaires. Un générateur de fonctions est idéal dans ce rôle si les niveaux de tension bas et haut (et donc le courant) peuvent être réglés indépendamment. À défaut, ces valeurs peuvent aussi être calculées à partir de l’amplitude et de l’offset du signal généré.
Principe
Sur cette base, la complexité du circuit reste maîtrisée. La figure 1 présente le diagramme de blocs. Un régulateur de tension de 5 V sert de référence pour le réglage statique du courant au moyen d’un potentiomètre. Un relais commute entre la valeur fixe issue du poten-
tiomètre et l’entrée du générateur de fonctions. Le filtre de Bessel qui suit limite les temps de montée et de descente du signal de commande à des valeurs raisonnables. Le signal en sortie pilote l’étage de sortie, c’est-à-dire la source de courant commandable. Le projet comporte deux étages de sortie de ce type, qui peuvent aussi être montés en parallèle afin de doubler le courant. Chacun est dimensionné pour 5 A, ce qui donne un courant maximal total de 10 A. Si 5 A ou moins suffisent, un seul étage de sortie est nécessaire. Les étages de sortie sont conçus comme des sources de courant commandées en tension, mesurant le courant par la chute de tension aux bornes d’une résistance shunt. Cette tension est ensuite amplifiée par dix et transmise au circuit de commande comme valeur réelle. À la sortie de mesure, le courant des deux étages apparaît sous forme de tension, observable à l’oscilloscope.
Circuit
La figure 2 illustre le diagramme de blocs avec des composants câblés. La tension de référence de 5 V est fournie par le régulateur intégré IC7. À l’aide de P2 (avec R2), on règle la tension maximale du potentiomètre raccordé à K4. Un potentiomètre multitours facilite le réglage précis du courant statique. Les étages de sortie étant prévus pour une commande de 500 mV/A, un courant de charge de 5 A doit correspondre à une tension maximale de 2,5 V aux bornes de R4.
Figure 1. Schéma fonctionnel de la charge électronique.
Figure 2. L’utilisation d’un générateur de fonctions externe permet de maintenir une complexité modérée du circuit de la charge électronique.
compteur graphique de fréquence du secteur
Surveillance de la qualité du réseau
Kurt Schuster (Allemagne)
Ce n’est pas uniquement depuis la panne générale sur la péninsule Ibérique au printemps dernier que la qualité de l’alimentation électrique attire l’attention. La fréquence du réseau reflète l’équilibre entre l’énergie injectée et celle demandée. Cet appareil affiche l’évolution de la fréquence et les incidents du réseau sur un écran e-paper pendant un maximum de 24 heures.
1. Début de la panne en Espagne, vu avec une résolution de 5 s (a) ou 1 s (b).
La fréquence et la tension du réseau sont des indicateurs clés de la charge d’un réseau interconnecté. Dans un tel réseau, la fréquence et la phase des unités de production doivent être strictement identiques. En cas d’écart, les générateurs entrent en conflit, ce qui peut, dans des cas extrêmes, provoquer des dommages importants ou la défaillance du réseau ou de certaines parties. Ce système très dynamique, réunissant de nombreux générateurs et des millions de consommateurs, doit donc être surveillé en continu et maintenu en équilibre. Avec l’augmentation et la décentralisation des apports d’énergies renouvelables éolienne et solaire, cette tâche est devenue nettement plus complexe et plus difficile. Cela est particulièrement visible surtout les dimanches et jours fériés, lorsque le vent et l’ensoleillement varient. Bien que - ou justement parce que - la charge du réseau baisse avec une moindre consommation industrielle, et que la météo changeante crée des excédents ou des manques alternés, les gestionnaires de fréquence éprouvent des difficultés à maintenir l’équilibre. Les fluctuations amènent désormais le réseau plus souvent aux limites de tolérance qu’autrefois, lorsque des sources principalement continues comme l’hydraulique, le charbon et le nucléaire alimentaient le réseau. Depuis l’essor du solaire et des centrales de balcon, la volatilité de la fréquence du réseau a nettement évolué. J’ai ainsi pu suivre la grande panne touchant des régions d’Espagne et du Portugal le 28 avril 2025 « en direct ». Comme le montre la figure 1, la charge du réseau a fortement augmenté à 12 h 33, et la fréquence a chuté de 0,3 %, alors que des valeurs de ±0,4 % sont déjà jugées critiques. À plus long terme, des fluctuations plus amples, comme en figure 2, surviennent plus souvent et ne posent aucun problème.
2. Fluctuations de longue durée fréquentes, ici du 20 mars 2025.
Figure
Figure
Que l’on mesure la fréquence du réseau interconnecté européen sur une prise en Allemagne, en France ou en Italie, la courbe est identique à un instant donné. Il est ainsi possible de suivre en temps réel, depuis n’importe quel point du réseau, l’état actuel de sa qualité. Remarque : certaines sections du réseau interconnecté européen sont indépendantes, découplées par conversion CC, et disposent de leurs propres phases.
Compteur de fréquence du réseau avec Pico et e-paper
Après une simple barre de LED pour surveiller la fréquence du réseau dans Elektor 01/2012 [1] et une version étendue dans Elektor 05/2014 [2] pour l’enregistrement continu sur PC, il s’agit ici d’un appareil autonome pour le suivi permanent de la fréquence du réseau. L’idée est née avec l’arrivée sur le marché des premiers écrans e-paper abordables, offrant un rafraîchissement rapide et une résolution accrue. Ces écrans présentent un excellent contraste, consomment peu d’énergie et conservent l’affichage même après une coupure de courant. Si le condensateur de réserve destiné à compenser les coupures se décharge entièrement, la courbe de fréquence reste visible.
Une première version du compteur a été réalisée avec un ATmega1284 en boîtier DIP40, seul microcontrôleur de la série ATmega à proposer 16 Ko de SRAM, suffisants pour tamponner les données d’affichage et de fréquence. Toutefois, un enregistrement en boucle sur 24 heures n’a été possible qu’après le passage au Raspberry Pi Pico avec 264 Ko de SRAM.
Mon observation de la fréquence du réseau fonctionne sans interruption depuis août 2019, l’affichage supportant bien les mises à jour à la seconde. Par rapport à un échantillon inutilisé, l’écran n’a que légèrement grisé.
Le contenu de l’affichage
La courbe dans la zone d’affichage (figure 3) représente la charge du réseau de façon simple et intuitive. Les valeurs au-dessus de la ligne centrale indiquent une charge élevée et celles en dessous une charge faible. Inversement, la moitié supérieure montre une fréquence (trop) basse et la moitié inférieure une fréquence (trop) élevée.
L’évolution de la fréquence du réseau est presque toujours irrégulière et oscille en permanence autour de la valeur idéale de 50 Hz. Dans un réseau à 50 Hz, un écart de ±0,1 % est considéré comme normal (tolérable) ; ce n’est qu’au-delà de ±0,4 % qu’il devient critique. Si une courbe parfaitement lisse, exactement sur la valeur idéale de la ligne centrale, s’affiche un jour, vous utilisez probablement une installation photovoltaïque avec batterie fonctionnant en mode de secours.
Tableau 1. Fréquence du réseau en charge élevée, équilibrée et faible.
Affichage f en Hz Écart Charge d en % t en µs
haut 49,84 -0,32 +64 élevée
milieu 50,00 ±0 ±0 équilibrée bas 50,16 +0,32 -63 faible
Les éléments d’affichage marqués par des points verts dans la figure 3 correspondent à :
1. Base de temps et plage temporelle de la zone d’affichage. Les bases de temps se sélectionnent en maintenant les boutons enfoncés.
Tableau 2. Bases de temps et plages d’affichage.
Bases de temps 1 s 5 s 15 s 30 s 100 s Plage d’affichage 5 min 25 min 1,25 h 2,5 h 15 h
2. Compteur d’erreurs
Ils s’affichent selon les besoins pour des demi-ondes manquantes, anormales ou défectueuses. Les perturbations peuvent provenir d’opérations de commutation dans les centrales et les postes, ainsi que de gros consommateurs, ce qui reste toutefois rare. Bien plus courantes sont les déformations locales de la courbe de tension dans le réseau domestique. Les alimentations à découpage, les onduleurs, ainsi que la mise sous et hors tension de charges importantes génèrent des pics qui perturbent la mesure de fréquence et peuvent déclencher le compteur d’erreurs. Ces événements sont comptabilisés et représentés par des lignes verticales au fil du temps (voir figure 4). À mesure que les événements sortent du tampon, les compteurs diminuent ; une fois à zéro, ils ne sont plus affichés. Si ces perturbations apparaissent fréquemment ou par groupes, il est conseillé d’en rechercher la cause. L’auteur a éliminé de son installation un onduleur chinois bon marché et une couverture chauffante à régulation simple et brutale, car ils provoquaient de fortes perturbations du réseau et empêchaient toute mesure fiable. En revanche, l’imprimante laser, utilisée occasionnellement, a été conservée, bien que la commutation de son élément chauffant génère aussi des perturbations.
Figure 3. Contenu de l’affichage et éléments de commande.
Figure 4. Un événement d’erreur signalé par une ligne verticale.
source d’alimentation USB-C réglable
Transformez votre chargeur USB-C en alimentation réglable
Willem den Hollander (Suisse)
Contrairement aux versions antérieures, la norme USB-C apporte des améliorations majeures, avec un protocole intelligent de gestion de la tension et du courant et une forte augmentation de la puissance maximale transférable. Cette architecture permet de piloter un chargeur USB-C récent et de l’utiliser comme une alimentation réglable. Voyons comment.
Les chargeurs USB-C s’imposent aujourd’hui comme la norme. L’USB Type-C est un standard universel de charge et de transfert de données désormais largement adopté. Les chargeurs prennent en charge une puissance élevée, jusqu’à 100 W, et peuvent ainsi charger téléphones, tablettes et ordinateurs portables.
La norme [1] définit le protocole USB Power Delivery (PD), qui permet aux appareils USB-C de négocier leurs besoins en puissance et d’assurer une charge efficace. Un précédent article d’Elektor [2] décrivait une première version d’un contrôleur PD Sink permettant à un chargeur USB-C de fournir plusieurs tensions discrètes.
Selon la version actuelle de la norme, un chargeur USB peut fournir toute tension comprise dans certaines limites. Cet article
présente un circuit utilisant l’un des contrôleurs PD Sink les plus récents qui, associé à un chargeur USB-C, peut servir d’alimentation réglable.
Contexte
La norme définit quatre types de PDO (Power Delivery Object) :
> PDO fixe
> PDO PPS (Programmable Power Supply)
> PDO EPR fixe (Expanded Power Range)
> PDO EPR AVS (Adjustable Voltage Supply)
Les PDO standards peuvent fournir des tensions jusqu’à 20 V. Les PDO EPR couvrent une plage de 15 à 40 V. À ce jour, les chargeurs USB-C capables de dépasser 20 V restent
rares. Le circuit présenté ici fonctionne donc uniquement avec des PDO fixes et programmables.
Un contrôleur PD Sink dialogue avec le chargeur USB-C pour régler la tension de sortie et la limite de courant. Après une analyse du marché, j’ai choisi un circuit intégré évolué capable d’assurer cette fonction et de communiquer efficacement selon ce protocole récent. Il s’agit de l’AP33772S, un contrôleur USB PD3.1 EPR Sink de Diodes Incorporated, doté d’une interface I2C [3][4]. Dans cette conception, la puce est commandée par l’utilisateur via un petit microcontrôleur muni d’un encodeur rotatif.
Circuit
Le schéma de l’alimentation USB-C réglable est présenté à la figure 1. Le circuit suit les recommandations du fabricant de l’AP33772S, sauf qu’un seul MOSFET est utilisé dans cette conception. Ici, le courant circule dans un seul sens et la limitation de courant est obtenue en coupant le MOSFET. L’AP33772S est configuré via le bus I2C. Cette fonction est assurée par un PIC18F04Q40 de Microchip. Un encodeur rotatif sert à l’entrée utilisateur, et un petit afficheur OLED commandé en I2C affiche les réglages ou les valeurs de sortie. La tension de sortie affichée est mesurée par le convertisseur A/N interne du microcontrôleur.
La mesure se fait en échantillonnant la tension issue du pont diviseur formé par les résistances de précision R11 et R12, réglé à 1/8 de la tension de sortie du circuit. Cela évite de dépasser 5 V à l’entrée du convertisseur A/N de U2. En outre, en numérique, un rapport de 1/8 est idéal, car diviser ou multiplier par huit revient à décaler un nombre binaire de trois bits.
Le courant est mesuré par le contrôleur PD au moyen de la résistance shunt R5 (5 mΩ), puis lu par le processeur via le bus I2C. R6 (0 Ω dans cette version) doit correspondre à la révision de U1 ; pour les générations précédentes de ce composant, elle doit être de 100 Ω. Il suffit de vérifier cette valeur dans la fiche technique [4]. R7 est la résistance VOUT de U1, utilisée pour mesurer la tension
de sortie à la source de Q1, le MOSFET série. D2 indique l’état courant du contrôleur EPR Sink (tableau 1). La LED verte D3 indique la présence de la tension de sortie.
Alimentation
Tant que les résistances de 5,1 kΩ (R1 et R2) sont présentes sur les lignes CC1 et CC2, un chargeur USB-C fournit 5 V au démarrage,
État Indication LED VOUT Commentaires
INIT N/A OFF VBUS connecté, initialisation de l’AP33772S
CHARGING Effet « respiration » (4 s) ON Négociation réussie ou entrée en mode non-PD ; début de la charge MISMATCH Allumage fixe OFF Incompatibilité VSELMIN (VREQ < VSELMIN)
MOISTURE Clignotement (2 s) OFF Impédance anormale détectée FAULT Clignotement (0,6 s) OFF Détection OVP, OCP, UVP ou OTP
Figure 1. Schéma de principe de la source d’alimentation USB réglable.
Tableau 1. Broche LED de l’AP33772S.
permettant au circuit de commande de fonctionner. La présence de la tension d’entrée est signalée par la LED bleue D1. La fiche technique de l’AP33772S indique que ce circuit intégré intègre un régulateur LDO fournissant 5 V pour un courant maximal de 30 mA. Le processeur et le module d’affichage consomment environ 5 mA, ils peuvent donc être alimentés sans difficulté par cette source. Même lorsque la tension de sortie du chargeur est abaissée à 3,3 V, soit la tension minimale d’alimentation de l’afficheur, le fonctionnement reste correct.
J2 est le connecteur ICSP destiné à la programmation du PIC. Il est combiné avec J3 sur le PCB, puisque l’un ou l’autre doit être utilisé. En fonctionnement normal, J3 est ponté afin d’alimenter le microcontrôleur U2. Il faut toutefois retirer le cavalier J3 lors de la programmation de U2, car U1 peut ne pas fournir un courant suffisant pendant cette opération.
Matériel
La figure 2 présente les deux faces du circuit imprimé (PCB) portant le circuit. À l’exception du connecteur de programmation, de l’afficheur et de l’encodeur, tous les composants sont en CMS. Le connecteur USB-C et le circuit intégré AP33772S doivent être soudés
au four ou sur une plaque chauffante. Dans mon cas, la seconde solution a été retenue. La carte s’insère dans un petit boîtier Hammond RL6105 à faible coût.
Micrologiciel
Le firmware, écrit en assembleur, est simple et disponible en téléchargement à [5], avec les fichiers Gerber du PCB. Après l’initialisation des ports, quelques temporisateurs, deux cellules logiques et trois interruptions sont activés. La boucle principale du programme ne comporte que des NOP.
La première interruption détecte la rotation de l’encodeur. La seconde est déclenchée si le bouton est actionné brièvement ou plus longtemps (2 s), et la troisième est activée une fois par seconde par un temporisateur. Cette dernière n’est active que lorsque la sortie est activée. Elle lit et affiche la tension et le courant de sortie.
Fonctionnement À la mise sous tension, le contrôleur PD lit tous les PDO disponibles du chargeur. Ceux d’un chargeur USB-C typique sont illustrés à la figure 3 . Au démarrage ou après une réinitialisation, le premier PDO est actif. Cela garantit la compatibilité avec les chargeurs
USB hérités. En tournant le bouton de l’encodeur, tous les PDO sont parcourus successivement. Les trois premiers sont des PDO fixes (trois premières captures de la figure 3). Les deux derniers sont programmables ; l’un d’eux apparaît en bas à droite sur la même image. L’option de programmation de la tension est affichée sous forme de plage de tension.
Liste des composants
Résistances
(0805, sauf indication contraire)
R1, R2 = 5,1 kΩ
R3 = 10 kΩ
R4, R8, R9 = 100 kΩ (1206)
R5 = 5 mΩ (1206)
R6 = 0 Ω (voir texte)
R7 = 100 Ω
R10 = 10 kΩ NTC
R11 = 9,1 kΩ, 1 %
R12 = 1,3 kΩ, 1 %
R13 = 1 kΩ
Condensateurs
(0805, sauf indication contraire)
C1, C3 = 10 µF (1206)
C2, C4 = 100 nF (1206)
C5 = 1 µF
C6…C8 = 100 nF
C9 = 10 nF
C10…C12 = 1 nF
Semi-conducteurs
U1 = AP33772SDKZ
U2 = PIC18F04Q40-SL
U3 = Afficheur OLED 0,91»
Q1 = SI4164DI MOSFET canal N
D1 = LED bleue (1206)
D2 = LED rouge (0805)
D3 = LED verte (1206)
Divers
SW1 = Encodeur rotatif avec bouton-poussoir
J1 = Connecteur USB-C
J2 = Connecteur, 6 broches
J3 = Cavalier
Prise banane rouge, montage en façade
Prise banane bleue, montage en façade
Boîtier (Hammond RL6105)
Bouton
Circuit imprimé (PCB)
Figure 2. Le circuit imprimé assemblé avec l’afficheur LCD monté sur la face arrière
Figure 3. Exemples de PDO différents : fixes et réglables (en bas à droite).
