Un timer simple pour charges secteur 230 V de quelques secondes à plusieurs heures


timer simple pour charges secteur :



Figure 1 : Pour ce timer nous n’avons qu’un seul poussoir de “START” (départ).
Pressé, il excite un triac (figure 3) à la sortie duquel vous pouvez relier n’importe
quel appareil fonctionnant sur secteur (dont la puissance ne dépassera
évidemment pas celle admissible par ledit triac !).



Jusqu’à ces dernières années on trouvait des circuits intégrés très polyvalents, comme le SAB0529 et le SAE0530, qu’on pouvait relier directement au secteur 230 V, sans aucun transformateur, puis programmer au moyen d’un dip-switchs afin de construire d’excellents temporisateurs couvrant des durées de quelques secondes à plusieurs dizaines d’heures. Les circuits intégrés étaient utilisés pour réaliser des circuits de temporisation d’allumage des chenillards, des enseignes publicitaires, des machines à bronzer, des machines à insoler les typons (c’est à peu près la même chose, seule la nature de l’UV change…), des effaceurs d’EPROM, des agrandisseurs photo et j’en passe, mais on s’en servait aussi pour actionner des pompes hydrauliques ou des ventilateurs extracteurs de fumée des bars et autres lieux de tabagies .

Figure 2 : L’avantage présenté par
ce circuit intégré CMOS est qu’on
peut le programmer pour la durée
désirée, simplement en déplaçant
les 4 leviers des micro-interrupteurs
de S1.


Notre montage :
Etant donné que ces circuits intégrés ne sont plus produits, nous avons pensé réaliser un bon timer à CMOS CD4536, grâce auquel il serait possible de piloter, par l’intermédiaire d’un transistor TR1, un triac TRC1 sur lequel on pourrait appliquer une charge, ampoule à filament ou au néon, petits transformateurs, petits moteurs électriques, etc., fonctionnant sur secteur 230 V.

Si vous vouliez utiliser un classique relais à la place du triac, afin d’alimenter aussi des charges en courant continu variable de 9 à 230 V, vous devriez suivre un schéma un peu plus complexe, tels que ceux déjà publiés dans ELM.

Le montage que nous vous proposons aujourd’hui est très utile pour apprendre comment procéder pour calculer la valeur du condensateur C2 et de la résistance R4, présents dans l’oscillateur de IC1 (figure 4) et comment programmer les 4 micro-interrupteurs de S1 afin de faire varier la durée de la temporisation.

Figure 3 : Schéma électrique du timer à CMOS 4536. Etant donné que le circuit n’utilise aucun transformateur d’alimentation,
tous ses composants sont directement soumis à la tension du secteur 230 V.


Le schéma électrique :
Vous trouverez le schéma électrique de ce timer simple à CMOS 4536 sur la figure 3. Commençons sa description en partant du cordon secteur 230 V, à droite.

Vous aurez noté qu’un fil de ce cordon est appliqué sur l’anode 1 du triac TRC1 et l’autre sur la charge d’utilisation (représentée par une ampoule).

Comme le circuit intégré IC1 réclame une tension d’alimentation maximum de 12 V environ, la tension du secteur 230 V est abaissée par les deux résistances R12 et R13 puis stabilisée à 12 V par la zener DZ1.

La diode DS3, appliquée sur le fil alimentant le collecteur de TR1 et toutes les broches de IC1, sert à redresser la tension alternative de 12 V fournie par DZ1, tension rendue ensuite continue par le condensateur électrolytique C3 de 470 μF. Chaque fois que nous pressons le poussoir P1 (START), automatiquement, sur les broches de sortie 13 et 14 reliées à la base du PNP TR1, se trouve un niveau logique bas (0) mettant le transistor en conduction et excitant la gâchette du triac. Quand TRC1 conduit, la charge (ici, une ampoule) reliée à son anode A2 s’allume et reste allumée pendant la durée paramétrée sur les micro-interrupteurs de S1.
Figure 4 : A gauche, l’organigramme
du CD4536 et, dessous,
son brochage vu de dessus
et repère-détrompeur en U
vers le haut. La fréquence de
l’étage oscillateur est déterminée
par les valeurs de C2 et R4
(figure 5).



Important :Tous les composants présents sur cette platine timer sont directement reliés à la tension
(mortelle !) du secteur 230 V et, par conséquent, nous vous enjoignons (excusez la violence du mot mais il y va de la vie de nos lecteurs) de ne pas toucher le boîtier métallique du triac ni même les résistances ni surtout les pistes de cuivre du circuit imprimé, car vous risqueriez de ressentir de dangereuses secousses électriques. C’est la raison pour laquelle nous avons choisi de protéger ce montage (ou plutôt ses usagers) par un boîtier entièrement en plastique (figure 10).


Les micro-interrupteurs du facteur de division :
Sur les broches 9, 10, 11 et 12 du CD4536 sont connectés les microinterrupteurs de S1 dont les 4 leviers

placés vers le haut, en position ON (figure 6), permettent de faire varier le facteur de division.
Comme vous pouvez le voir figure 6, on part d’un facteur de division de 512, quand les 4 leviers sont placés vers le bas, puis on double (1 024) quand le levier 1 passe en haut et on double encore (2 048) quand le levier 2 passe en haut alors que 1 est redescendu (etc., voir la progression de la figure 6), jusqu’à un maximum de 16 777 216 quand tous les leviers sont en haut.


La fréquence de l’étage oscillateur :
Pour connaître la fréquence produite par l’étage oscillateur présent à l’intérieur du circuit intégré, vous pouvez utiliser cette formule simple :
Hz = 333 000 : (C2 nF x R4 kilohms)
La capacité du condensateur C2 relié à la broche 4 de IC1 peut varier de 1 500 pF (soit 1,5 nF) à 820 000 pF (soit 820 nF).
La valeur de la résistance R4 reliée à la broche 5 de IC1 peut varier de 12 kilohms à 390 kilohms.
Connaissant la valeur en nF de C2 et celle de la fréquence en Hz, nous pouvons calculer la valeur de R4 en utilisant la formule suivante :
R4 kilohms = 333 000 : (Hz x C2 nF)

Connaissant la valeur en kilohms de R4 et celle de la fréquence en Hz, nous pouvons calculer la capacité de C2 en utilisant la formule suivante :
C2 nF = 333 000 : (Hz x R4 kilohms)

Figure 5 : Sur ce tableau sont récapitulées toutes les formules nécessaires pour
calculer la fréquence, le facteur de division et la durée en secondes, minutes et
heures. La capacité de C2 doit être exprimée en nF et la valeur de R4 en kilohms.


Toutes les formules à utiliser :
Sur le tableau de la figure 5, toutes les formules nécessaires pour le calcul des valeurs de la fréquence
en Hz, de la capacité de C2 et de la résistance de R4 sont récapitulées, de façon à pouvoir calculer les
durées de temporisation en fonction du facteur de division.

Comme ces formules pourraient ne pas suffire à la dissipation de tous vos doutes, nous allons vous proposer
quelques exemples de calcul : quelques exercices, en somme !

Figure 6 : En déplaçant les leviers
1, 2, 3 et 4 du dip-switchs S1 vers
le haut ou vers le bas, comme le
montrent les dessins, on obtient le
facteur de division inscrit à droite.


Quel facteurde division choisir:
Même si les durées de temporisation peuvent être calculées sur n’importe lequel des facteurs de division reportés figure 6, nous vous conseillons, pour notre part, de les calculer toujours pour le maximum, c’est-à-dire 16 777 216, ce qui correspond, on l’a vu ci-dessus, aux 4 leviers placés vers le haut.





Nous vous conseillons de choisir le plus grand facteur de division car, si l’on passe aux autres facteurs (inférieurs), toutes les durées de temporisation diminuent : par conséquent, admettons que l’on obtienne avec le plus grand facteur de division (16 777 216) une durée de 24 heures, avec les autres facteurs (inférieurs) nous obtiendrions ces durées :
16 777 216 durée 24 heures
8 388 608 durée 12 heures
4 194 304 durée 6 heures
2 097 152 durée 3 heures
1 048 576 durée 90 minutes
524 288 durée 45 minutes
262 144 durée 22 minutes
131 072 durée 11 minutes
65 536 durée 5 minutes
etc.

Etant donné que nul ne vous oblige à choisir le plus grand facteur 16 777 216, vous pouvez très bien utiliser, pour vos calculs, un facteur différent, par exemple 8 388 608 ou 4 194 304 ou encore 1 048 576, etc.


Les calculs pour une durée de temporisation maximale de 24 heures :
Supposons que nous voulions réaliser un timer alimentant un appareil pendant 24 heures au maximum, nous
devrions procéder comme suit.

Première opération, nous calculerions la valeur de la fréquence que devra produire l’étage oscillateur de IC1 pour atteindre une durée maximale de 24 heures, en utilisant comme facteur de division 16 777 216
(figure 6).

Sur le tableau de la figure 5 se trouve la formule permettant de calculer la fréquence en Hz quand on connaît le facteur de division et la durée en heures :
Hz = facteur de division : (7 200 x heures)

Insérons les données en notre possession, nous obtenons :
16 777 216 : (7 200 x 24) = 97,06 Hz arrondi à 97 Hz.

Connaissant la fréquence, calculons la capacité de C2 et pour cela prenons cette formule sur le tableau d’école :
C2 nF = 333 000 : (Hz x R4 kilohms)

Insérons les données en notre possession, soit la fréquence de 97 Hz précédemment calculée et, quant à
R4, allons chercher sa valeur dans la liste des composants de la figure 3 (33 kilohms), nous obtenons :
333 000 : (97 x 33) = 104 nF.

Etant donné que cette capacité n’est pas normalisée, nous choisirons un condensateur de 100 nF. Pour connaître la durée maximum de temporisation que l’on peut obtenir avec cette capacité, exécutons ces quelques opérations.
La première consiste à calculer la valeur de la fréquence que nous obtiendrons, en utilisant toujours la formule :
Hz = 333 000 : (C2 nF x R4 kilohms)

Sachant que la capacité de C2 est 100 nF et que la résistance de R4 est 33 kilohms, nous obtenons une fréquence de :
333 000 : (100 x 33) = 100,90 Hz

Pour connaître la durée de temporisation en heures, nous prendrons la formule du tableau de la figure 5 :
Durée en heures = Facteur de division : (7 200 x Hz)

Insérons les données en notre possession, nous obtenons :
16 777 216 : (7 200 x 100,90) = 23 h

Pour atteindre une durée de 24 heures, nous devrons augmenter la capacité de C2 et, pour l’amener à 104 nF, le plus simple est de mettre en parallèle au condensateur de 100 nF un autre condensateur de 3,9 nF. On atteint 103,9 nF. On pourrait aussi mettre en parallèle un condensateur de 82 nF et un de 22 nF.

Figure 7a : Schéma d’implantation des composants du timer EN1509. Dans le
bornier de droite sont insérés les fils du secteur 230 V et dans celui de gauche
ceux de la charge que le triac pilote. Ici, la charge est une ampoule électrique
230 V.
Figure 7b* : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé du timer vu côté soudures.


Note : Avant d’utiliser deux condensateurs en parallèle, il faut toujours vérifier quelle durée on obtient avec un condensateur de 100 nF car, tous les condensateurs ayant une tolérance, on ne peut exclure d’office qu’un condensateur marqué “100 nF” ait en fait une capacité réelle de 103 ou 104 nF.


Les calculs pour une duréede temporisation maximalede 10 heures :
Si nous voulions obtenir un timer atteignant une durée de temporisation  maximale de 10 heures, en utilisant
toujours le plus grand facteur de division 16 777 216, nous saurions déjà que la première opération à effectuer est le calcul de la fréquence de l’étage oscillateur de IC1 (C2 et R4), grâce à
la formule :
Hz = facteur de division : (7 200 x heures)

Insérons les données en notre possession, nous obtenons :
16 777 216 : (7 200 x 10) = 233 Hz

Connaissant la fréquence, nous devons calculer la capacité de C2 et pour cela prenons la formule du tableau de la figure 5 :

C2 nF = 333 000 : (Hz x R4 kilohms)
Insérons les données en notre possession, R4 33 kilohms, fréquence 233 Hz, nous obtenons :
333 000 : (233 x 33) = 43,3 nF

Etant donné que cette capacité n’est pas normalisée, mettons en parallèle un condensateur de 39 nF et un de 4,7 nF, ce qui fera une capacité totale de 43,7 nF.


Note : Même si la capacité totale obtenue théoriquement est de 43,7 nF, il vaut mieux vérifier les durées effectives obtenues car, à cause de la tolérance des condensateurs, on ne peut exclure a priori que ces deux condensateurs en parallèle n’auront pas une capacité de 43,3 nF exactement.


Les calculs pour une durée de temporisation maximale de 60 minutes :
Si nous voulions obtenir un timer atteignant une durée de temporisation maximale de 60 minutes, en utilisant non plus le facteur de division 16 777 216 mais un plus petit 4 194 304 (figure 6), la première opération à effectuer serait le calcul de la fréquence de l’étage oscillateur de IC1 (C2 et R4), grâce à la formule :
Hz = facteur de division : (120 x minutes)




Insérons les données en notre possession, nous obtenons :
4 194 304 : (120 x 60) = 582,54 Hz
Connaissant la fréquence, nous devons calculer la capacité de C2 et pour cela prenons la formule du tableau de la figure 5 :
C2 nF = 333 000 : (Hz x R4 kilohms)

Pour obtenir une fréquence de 582,54 Hz en prenant pour R4 33 kilohms, il nous faut un condensateur de :
333 000 : (582,54 x 33) = 17,32 nF

Etant donné que cette capacité n’est pas normalisée, mettons en parallèle un condensateur de 15 nF et un de
2,2 nF, ce qui fera une capacité totale de 17,2 nF.

D’une manière différente, nous pourrions modifier la résistance de R4 ou la capacité de C2, comme par exemple ci-dessous :
C2 - 47 nF R4 - 12 kilohms = 590 Hz
C2 - 39 nF R4 - 15 kilohms = 569 Hz
C2 - 56 nF R4 - 10 kilohms = 594 Hz

Avec les valeurs de C2 et de R4 cidessus
indiquées, vous n’obtiendrez jamais la fréquence exacte 582,54 Hz, mais des valeurs de toute façon très
proches, ce qui fait que les erreurs de durée de temporisation seront minimes et dérisoires, d’autant, rappelons-le, que les condensateurs et les résistances ont une tolérance.

Supposons que nous réussissions à obtenir les 60 minutes recherchées en utilisant le facteur de division de
4 194 304, souvenez-vous qu’en intervenant sur les micro-interrupteurs de S1, il est possible de doubler et diviser par deux les durées, comme ci-après :

16 777 216 durée 240 minutes
8 388 608 durée 120 minutes
4 194 304 durée 60 minutes
2 097 152 durée 30 minutes
1 048 576 durée 15 minutes
524 288 durée 7,5 minutes
262 144 durée 3,75 minutes
131 072 durée 1,87 minutes
65 536 durée 0,93 minutes


Important : Rappelez-vous que les chiffres après la virgule représentent des centièmes de minutes et par conséquent lorsque vous trouvez les nombres 7,50 - 3,75 - 1,87 ne prenez pas les décimales pour des secondes. Pour savoir ce que cela donne en secondes, il suffit de multiplier les décimales par 60, en effet :
0,50 x 60 = 30 secondes
0,75 x 60 = 45 secondes
0,87 x 60 = 52 secondes
0,93 x 60 = 55 secondes


Par suite, les durées obtenues avec les derniers facteurs de division ci-dessus seront :
524 288 durée 7 minutes 30 s
262 144 durée 3 minutes 45 s
131 072 durée 1 minute 52 s
65 536 durée 0 minute 55 s


Le réglage des durées de temporisation d’un timer :
Après avoir réalisé un timer pour des durées de temporisation très longues, le premier problème se présentant au concepteur est de savoir d’avance si les durées calculées auront une tolérance (en fait une précision) acceptable.
Etant donné qu’il n’est guère envisageable d’attendre une dizaine d’heures pour voir si l’ampoule s’éteint et
comme, d’autre part, tout le monde ne possède pas un capacimètre précis pour mesurer la capacité exacte de C2, la solution la plus simple pour contrôler la précision des longues durées de temporisation est de régler les leviers des micro-interrupteurs de S1 pour un facteur de division permettant l’extinction de l’ampoule au bout de quelques minutes.

Supposons que nous ayons réalisé un timer calculé pour éteindre une ampoule au bout de 10 heures avec un
facteur de division de 16 777 216.
Pour vérifier si cela arrive réellement, procédez comme suit :

Première opération, convertir la durée de temporisation de 10 heures en minutes :
10 x 60 = 600 minutes.

Mettons ces 600 minutes en correspondance avec le plus grand facteur de division, il suffira ensuite de diviser par 2 le résultat pour obtenir ces durées :
                      Durée
16 777 216 calculée = 600,00 minutes
8 388 608 600 : 2 = 300,00 minutes
4 194 304 300 : 2 = 150,00 minutes
2 097 152 150 : 2 = 75,00 minutes
1 048 576 75 : 2 = 37,50 minutes
524 288 37,5 : 2 = 18,75 minutes
262 144 18,75 : 2 = 9,37 minutes
131 072 9,37 : 2 = 4,68 minutes
65 536 4,68 : 2 = 2,34 minutes
32 768 2,34 : 2 = 1,17 minute

Maintenant, vérifiez avec un chronomètre si une durée minimum de 1,17 minute est faisable.
A ce propos, nous vous rappelons encore que les décimales ou les centésimales dans le nombre des minutes
ci-dessus de sont pas des secondes mais des dixièmes ou des centièmes de minutes et donc, par exemple, 1,17 minute cela fait 1 minute 10 secondes, en effet : 0,17 x 60 = 10 secondes.

Si vous notez une différence de durée importante, vous pouvez toujours la retoucher en mettant en parallèle à C2 des condensateurs de petite capacité.

Rappelez-vous qu’en augmentant la capacité, on abaisse la fréquence et on augmente la durée de temporisation.

Au lieu de modifier la valeur de C2, il est possible de faire varier la durée en intervenant sur la résistance de R4, en mettant en série avec elle un trimmer, comme le montre la figure 11.
Pour faire cette modification, nous conseillons d’utiliser pour R4 une résistance de 27 kilohms et un trimmer de 10 kilohms. En tournant le curseur du trimmer, si vous augmentez sa valeur ohmique, vous allongerez la durée de temporisation et, en revanche, si vous la réduisez, vous diminuerez la durée de temporisation.

Figure 8 : Photo d’un des prototypes. ATTENTION : les
pistes du circuit imprimé et les composants étant sous
la tension du secteur 230 V, n’alimentez le montage
qu’après l’avoir installé dans son boîtier plastique et
avoir fermé le couvercle de ce dernier.
Figure 9 : Brochages du triac vu
de face et du transistor BC557
vu de dessous. Quand vous insérerez
le triac sur le circuit imprimé,
orientez son fond métallique
vers le haut de la platine. Quand
vous insérerez le transistor TR1,
orientez son méplat vers la droite
(figure 7a).



La réalisation pratique :
Pendant le montage, aidez-vous des figures 7a et 8. En possession du circuit imprimé (disponible sur l’internet vous pouvez commencer en insérant le support du CMOS CD4536. Pressez-le à fond et soudez toutes ses broches. Continuez avec le dipswitchs S1 : insérez-le avec les inscriptions 1, 2, 3, 4 vers le bas et soudez toutes ses broches.

Ensuite, insérez et soudez toutes les résistances. Insérez et soudez les diodes en plastique, bagues dans le sens indiqué par la figure 7a : DS1 bague vers le bas, DS2 bague vers la droite et DS3 bague vers la gauche. A côté de DS3, insérez et soudez la zener DZ1 (elle est en verre et sa bague sera orientée vers la gauche).

Passez ensuite aux 5 condensateurs polyesters puis au condensateur électrolytique C3 (patte la plus longue + vers le dip-switchs S1).

En haut de la platine, insérez le bornier à 4 pôles servant à l’entrée du secteur 230 V et au branchement de la charge secteur 230 V (représentée ici par une ampoule électrique). A droite du bornier, insérez et soudez le triac TRC1 avec son fond métallique orienté vers le haut de la platine. Puis à côté, insérez et soudez le transistor TR1, méplat vers la droite.

Quand tout cela est fait, insérez le CMOS CD4536 dans son support en orientant le repère-détrompeur en U vers le condensateur électrolytique C3.
Figure 10 : Montage dans le boîtier de la platine du timer. Ce boîtier plastique
est parfaitement adapté au timer. La face avant et le panneau arrière de ce
boîtier sont également en plastique, ce qui permet une parfaite isolation électrique
du circuit entièrement sous tension secteur 230 V. En face avant, on
pratiquera un trou pour le poussoir P1 et sur le panneau arrière, deux trous pour
les fils d’entrée du secteur et pour ceux de sortie de la charge 230 V.
Figure 11 : Pour corriger la précision
des durées, on peut connecter
un petit trimmer en série avec R4




Le montage dans le boîtier :
Quand la platine est terminée, installez- la dans le boîtier plastique (figure 10). Celui-ci est prévu pour garantir une parfaite isolation par rapport au secteur 230 V : surtout, ne mettez pas la platine sous tension avant de l’avoir installée dans le boîtier !

La platine est fixée sur le fond du boîtier plastique à l’aide de 4 vis autotaraudeuses.

La face avant et le panneau arrière doivent être percés par vos soins. En face avant, percez un trou de 7 millimètres de diamètre pour le poussoir “START” P1 et sur le panneau arrière, deux trous du même diamètre pour l’entrée du cordon secteur 230 V et la sortie vers la charge secteur 230 V. Avant de fermer le couvercle et avant de mettre sous tension, vous devez paramétrer les 4 micro-interrupteurs pour
le facteur de division choisi (figure 6).

C’est seulement quand vous aurez fermé le couvercle que vous pourrez mettre l’appareil sous tension et lui
connecter une charge.

Important : Si vous voulez modifier le facteur de division pour obtenir des durées différentes, vous devez impérativement débrancher le cordon secteur 230 V avant de rouvrir le couvercle.


Liste des composants :
R1 = 2,2 kΩ
R2 = 22 kΩ
R3 = 330 kΩ
R4* = 33 kΩ
R5 = 47 kΩ
R6 = 47 kΩ
R7 = 47 kΩ
R8 = 47 kΩ
R9 = 10 kΩ
R10 = 1 kΩ
R11 = 1 kΩ
R12 = 120 Ω 1/2 W
R13 = 470 kΩ
C1 = 100 nF polyester
C2** = Voir ci-dessous
C3 = 470 F électro. 25 V
C4 = 100 nF polyester
C5 = 330 nF 400 V
C6 = 330 nF 400 V
DS1 = Diode 1N4007
DS2 = Diode 1N4007
DS3 = Diode 1N4007
DZ1 = Zener 12 V 1 W
TR1 = PNP BC557
TRC1 = Triac 500 V 5 A
IC1 = CMOS CD4536
S1 = Dip-switchs
4 micro-inter.
P1 = Poussoir

Divers :
2 Borniers 2 pôles
1 Cordon secteur
1 Boîtier plastique
1 Lot de visserie
* Pour ajuster exactement la temporisation
: R4 = 27 kΩ + trimmer
10 kΩ (voir texte).
** Si vous ne savez pas à
l’avance sur quelle durée maximale
vous voudrez programmer
ce timer, procurez-vous pour C2
les valeurs suivantes : 100 nF ;
47 nF ; 39 nF ; 15 nF ; 4,7 nF ;
3,9 nF ; 2,2 nF.

source : http://schema-electronique-gratuit.blogspot.com
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