Alimentation Électrique en Courant Continu
Comprendre l’Alimentation Électrique en Courant Continu
Dans un projet de système de surveillance environnementale, vous êtes chargé de concevoir l’alimentation électrique pour un circuit composé de plusieurs capteurs de température et d’humidité.
Ces capteurs sont alimentés en courant continu et doivent fonctionner en continu pendant 24 heures sans interruption.
L’alimentation doit être à la fois efficace et économique en énergie.
Pour comprendre les Constantes de Temps RC et RL dans un Circuit, cliquez sur le lien.
Données Fournies:
- Nombre de capteurs: 5
- Chaque capteur consomme 20 mA sous une tension de fonctionnement de 5V.
- Les capteurs sont connectés en parallèle.
- Le système doit être alimenté par une batterie rechargeable de 12V, avec un régulateur de tension abaissant la tension à 5V.
- L’efficacité du régulateur de tension est de 80%.
Questions:
1. Calcul du Courant Total Requis: Calculez le courant total que le circuit des capteurs consommera.
2. Sélection du Régulateur de Tension: Calculez la puissance dissipée par le régulateur de tension et la puissance qu’il doit fournir à la charge (les capteurs).
3. Dimensionnement de la Batterie: Déterminez la capacité minimale requise pour la batterie en ampères-heures (Ah) pour que le système fonctionne pendant 24 heures. Prenez en compte l’efficacité du régulateur de tension dans vos calculs.
4. Analyse de Sécurité: Proposez des mesures de sécurité à mettre en place pour garantir le fonctionnement sûr du système d’alimentation.
Correction : Alimentation Électrique en Courant Continu
1. Calcul du Courant Total Requis
- Chaque capteur consomme \(20 \, \text{mA}\) sous \(5 \, \text{V}\).
- Le nombre total de capteurs est \(5\), connectés en parallèle (le courant s’additionne en parallèle).
\[ I_{\text{total}} = N \times I_{\text{capteur}} \] \[ I_{\text{total}} = 5 \times 20\, \text{mA} \] \[ I_{\text{total}} = 100\, \text{mA} \]
Conclusion:
Le courant total consommé par tous les capteurs est de \(100 \, \text{mA}\).
2. Sélection du Régulateur de Tension
- La puissance requise par les capteurs est:
\[ P_{\text{charge}} = V_{\text{charge}} \times I_{\text{total}} \] \[ P_{\text{charge}} = 5V \times 100\, \text{mA} \] \[ P_{\text{charge}} = 0.5\, \text{W} \]
- Calcul de la puissance à l’entrée du régulateur avec une efficacité de \(80\%\):
\[ P_{\text{in}} = \frac{P_{\text{charge}}}{\text{Efficiency}} \] \[ P_{\text{in}} = \frac{0.5\, \text{W}}{0.8} \] \[ P_{\text{in}} = 0.625\, \text{W} \]
- La puissance dissipée par le régulateur est la différence entre la puissance entrante et la puissance utilisée par les charges:
\[ P_{\text{dissipée}} = P_{\text{in}} – P_{\text{charge}} \] \[ P_{\text{dissipée}} = 0.625\, \text{W} – 0.5\, \text{W} \] \[ P_{\text{dissipée}} = 0.125\, \text{W} \]
Conclusion:
- La puissance dissipée par le régulateur est de \(0.125 \, \text{W}\).
- Le régulateur doit fournir \(0.625 \, \text{W}\) à l’entrée pour assurer un fonctionnement efficace.
3. Dimensionnement de la Batterie
- Courant à l’entrée du régulateur, nécessaire pour fournir suffisamment de puissance aux capteurs:
\[ I_{\text{in}} = \frac{P_{\text{in}}}{V_{\text{batterie}}} \] \[ I_{\text{in}} = \frac{0.625\, \text{W}}{12V} \] \[ I_{\text{in}} \approx 52.08\, \text{mA} \]
- Calcul de la capacité de la batterie pour 24 heures de fonctionnement continu:
\[ C_{\text{batterie}} = I_{\text{in}} \times 24\, \text{h} \] \[ C_{\text{batterie}} = 52.08\, \text{mA} \times 24\, \text{h} \] \[ C_{\text{batterie}} = 1.25\, \text{Ah} \]
Conclusion:
- La capacité minimale requise pour la batterie est de \(1.25 \, \text{Ah}\).
- Une batterie de \(1.5 \, \text{Ah}\) est recommandée pour prendre en compte d’éventuelles inefficacités et pertes.
4. Analyse de Sécurité
Mesures proposées:
- Fusibles: Incorporer un fusible de 250 mA pour protéger contre les surintensités.
- Diodes de protection: Utiliser des diodes pour empêcher tout courant inverse qui pourrait endommager la batterie ou le régulateur.
- Surveillance de la température: Intégrer un capteur thermique près du régulateur pour surveiller toute surchauffe excessive, ce qui peut activer un dispositif de coupure en cas de température trop élevée.
Conclusion:
Ces mesures augmentent la sécurité et la durabilité du système d’alimentation, essentielles pour un fonctionnement fiable et sûr du projet de surveillance environnementale.
Alimentation Électrique en Courant Continu
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