Etude d’un module d’éclairage universel pour matériel roulant analogique en HO

Cahier des charges d’un module d’éclairage universel.

Après avoir examiné l’historique de l’éclairage du matériel roulant ferroviaire en commande analogique, il est maintenant temps de passer de la théorie à la pratique.

Nous allons examiner le schéma possible pour un tel module d’éclairage universel avant de passer à sa fabrication et à son installation dans le matériel roulant.

Rappelons l’essentiel de ce que doit faire ce module d’éclairage universel :

  • Redresser la tension en provenance de la voie.
  • Disposer d’une réserve pour le stockage de l’énergie afin de pallier les mauvais contacts.
  • Stabiliser la tension.
  • Éventuellement stocker l’énergie nécessaire à l’éclairage en l’absence d’alimentation.
  • fonctionner en continu et en courant pulsé (PWM).
  • Avoir des dimensions qui en permettent l’installation dans le matériel roulant à l’échelle HO.

Plusieurs choix ont été faits car ils représentent un compromis acceptable entre la complexité, le coût, la taille, etc.

Le principe repose donc sur un redressement double alternance de la tension en provenance de la voie suivi d’un filtrage / réserve d’énergie suffisant pour s’affranchir des mauvais contacts.

Cette tension variable de 0V à la tension d’alimentation maximale alimente une source de tension stabilisée à une tension réglable entre 2,5V et 12V pour permettre d’alimenter toutes les configurations d’éclairage possible.

Le schéma de principe.

Voici le schéma de principe d’une tel module d’éclairage universel.

Veuillez noter que vous pouvez l’utiliser comme bon vous semble pour votre usage personnel, toutefois dès lors que vous le diffusez vous voudrez bien en mentionner la source.

Alimentation pour LEDs en modélisme ferroviaire

Schéma de principe d’un module d’éclairage universel pour LEDs en modélisme ferroviaire.

Comment tout cela fonctionne-t-il?

En partant de la gauche, une résistance (R1) permet de limiter le courant d’appel lorsque le condensateur est déchargé. Rappelons qu’un condensateur consomme un courant important lorsqu’il est déchargé et si une alimentation de réseau classique permet sans problème de fournir le courant instantané requis pour 1, 2 ou 3 voitures, il n’en va pas de même pour une rame d’une dizaine de voitures.

La diode TVS (D1) qui est utilisée dans ce cas comme une diode zener quelle que soit la polarité appliquée, permet de limiter la tension maximale appliquée à l’électronique à 20V. En effet certains transformateurs qui sont équipés de systèmes destinés à améliorer les ralentis peuvent fournir des pointes de tension que le condensateur va stocker et dépasser ainsi les limites de fonctionnement des composants.

Viennent ensuite le traditionnel pont redresseur (D2) et le condensateur de filtrage (C1) mais surtout de stockage de l’énergie pour maintenir l’éclairage lors des brèves interruptions de l’alimentation.

La présence du régulateur de tension U1 peut faire débat mais sa présence est intéressante à plusieurs titres. Il est possible d’utiliser un régulateur de tension fixe (3,3V, 5V, 8V, 12V, etc.). En cas de coupure de courant d’alimentation, la luminosité des LEDs reste constante pendant le début de la décharge du condensateur jusqu’à ce qu’elle atteigne la tension permettant de fournir l’intensité prédéfinie pour les LEDs à laquelle il faut jouter la chute de tension du régulateur. Il est donc préférable d’utiliser un régulateur à faible chute de tension (1V environ) en évitant les classiques régulateurs de type 78xx dont la chute de tension est de 3V.

Ceci ouvre le débat du régulateur de tension fixe ou ajustable. A titre personnel, je préfère largement utiliser un régulateur de tension ajustable qui permet de régler et d’équilibrer l’intensité de l’éclairage des différentes voitures sans avoir à tâtonner pour trouver la bonne résistance de limitation de courant pour les LEDs.

Le surcoût est minime puisque le prix d’un régulateur ajustable est comparable à celui de son homologue fixe, reste le potentiomètre et son encombrement.

Pour un régulateur de tension fixe il ne faudra pas installer le potentiomètre (RV1) qui pourrait provoquer un court circuit.

Le condensateur de filtrage C2 est recommandé par les constructeurs de régulateurs de tension mais il n’apporte rien de plus pour cette utilisation qui en est faite.

Enfin la résistance R2 permet de limiter le courant qui traverse la (les) LED(s).

Rappelons qu’il ne saurait être question de ne pas insérer une résistance de limitation de courant sous peine de détruire de manière quasi-certaine les LEDs.

La réalisation pratique

Pour tenir dans le matériel roulant, ce module il est préférable d’utiliser des composants montés en surface (CMS) aussi connus sous l’appelation SMD.

La soudure des composants CMS est possible à la main mais ceci nécessite une solide habitude de la soudure électronique ainsi que la soudure et le fer à souder adaptés.

Sur la base de ce schéma je propose des barrettes d’éclairage en plusieurs longueurs, prêtes au fonctionnement, faciles à installer dans les voitures voyageurs sur deux chandelles supports qui en assurent l’alimentation. Il n’y a donc pas de câblage fastidieux à prévoir.

Liste des composants

Pour une réalisation personnelle, il ne reste plus qu’à se procurer les composants que j’ai trouvés au meilleur prix ici.

Certes les quantités sont importantes mais le prix à l’unité est réellement compétitif.

Rappelons au passage que tous les produits manufacturés que nous achetons, pratiquement sans exception, proviennent de Chine et que contrairement à nous, ils n’ont pas encore inventé la vente sous blister qui multiplie le prix unitaire par un facteur compris entre 10 et 100, sinon plus.

Pont redresseur MB2S 0,5A 200V
D2 Pont redresseur MB2S 0,5A 200V
Condensateur 1000µF 25V
C1 Condensateur 1000µF 25V
Régulateur de tension AMS1117
U1 Régulateur de tension AMS1117
Lot de résistances CMS
R1 R2 Lot de résistances CMS
potentiomètre CMS 10k
RV1 potentiomètre CMS 10k
Batterie rechargeable 3,6V
Batterie rechargeable 3,6V
Support de batterie
Support de batterie
Fil silicone de haute qualité ultra souple
Fil silicone de haute qualité ultra souple
Fil fin câblage décodeurs DCC
Fil fin câblage décodeurs DCC
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