Convertisseur DC-DC adjustable LM2596

Le convertisseur DC-DC ajustable LM2596 prend une tension continue et en ressort une tension continue plus basse, que vous réglez vous-même au tournevis. C’est la carte la plus répandue pour alimenter un montage qui ne demande pas la même tension que la source : un moteur en 6 V depuis une batterie en 12 V, une bande de LED en 9 V depuis une alimentation en 24 V, ou un ESP32 en 3,3 V depuis un pack d’accus.

Le régulateur qu’elle porte est un LM2596, un abaisseur à découpage : il ne dissipe pas l’écart de tension en chaleur comme un régulateur linéaire, il hache le courant à 150 kHz et le moyenne par une inductance. Résultat : un rendement qui atteint 92 % là où un 7805 en laisserait la moitié en chaleur.

À quoi sert un convertisseur abaisseur ?

Un abaisseur ne fait qu’une chose : descendre une tension. Il ne sait pas la remonter. C’est la première chose à savoir avant d’acheter, et c’est aussi ce qui explique son rendement : il transfère l’énergie au lieu de la brûler.

• Alimenter un montage depuis une source unique — une batterie de 12 V qui doit fournir du 5 V pour l’électronique et du 9 V pour un moteur.
• Stabiliser une source qui varie — la tension d’un pack d’accus baisse en se déchargeant ; la sortie du convertisseur, elle, ne bouge pas.
• Régler précisément une tension — certains modules veulent 4,5 V ou 6,8 V, valeurs qu’aucune alimentation de laboratoire bon marché ne propose.
• Économiser la batterie — un montage sur pile tient nettement plus longtemps avec un abaisseur qu’avec un régulateur linéaire.
• Testé sur plaque d’essai — la carte se câble en deux fils d’entrée et deux fils de sortie, sans composant externe.

Caractéristiques techniques

Les quatre bornes et le potentiomètre

La carte ne porte aucun connecteur : les quatre coins sont des pastilles à souder, marquées en blanc sur le circuit. Deux fils à l’entrée, deux fils à la sortie, et le tour est joué.

Le potentiomètre, la petite vis bleue au milieu de la carte, règle la tension de sortie. Il n’y a ni affichage ni butée : tournez par petites touches, mesurez à chaque fois, et repérez la position correspondant à votre besoin avant de fixer le module. Le sens de rotation n’a rien d’universel d’un module à l’autre — c’est la mesure qui tranche.

Trois points qui expliquent la plupart des déceptions

Il faut de la marge entre l’entrée et la sortie

Un abaisseur à découpage n’est pas un transformateur magique : pour sortir 12 V, il lui faut au moins 13,5 à 14 V en entrée. Si vous demandez 12 V à partir de 12 V, la sortie suivra l’entrée en étant légèrement plus basse, et vous croirez à une panne. Prévoyez toujours 1,5 à 2 V d’écart, davantage si vous tirez beaucoup de courant.

Le réglage se fait sous charge

Une sortie réglée à vide n’est pas la sortie que vous obtiendrez avec le moteur branché : la tension bouge légèrement quand le courant augmente. Réglez donc le potentiomètre avec la charge définitive en place, ou vérifiez le résultat sous charge avant de refermer le boîtier.

Trois ampères, oui, mais pas indéfiniment

3 A, c’est la limite du circuit, et elle s’entend à condition que la chaleur s’évacue. À 2 A et au-delà, le régulateur chauffe franchement : collez un petit dissipateur sur son boîtier, ou restez sous 2 A. Un module brûlant n’est pas en panne, il est à sa limite — et la coupure thermique finira par le mettre en sécurité.

Mini-projet : lire la tension de sortie avec un Arduino

Régler un convertisseur à l’aveugle est le meilleur moyen de sortir 14 V là où en attendiez 5. Voici un montage qui affiche en direct, sur la console de l’IDE Arduino, la tension réellement présente en sortie — et qui fait varier l’éclat d’une LED avec elle.

Ce qu’il faut

Pourquoi un diviseur ? L’entrée analogique d’un Arduino ne supporte pas plus de 5 V, alors que le convertisseur peut en sortir 30. Deux résistances identiques montées en série divisent la tension par deux : l’Arduino peut alors mesurer jusqu’à 10 V sans risque.

Le câblage

Deux précautions rendent la mesure valable. D’abord, l’Arduino et le convertisseur doivent partager la même masse : sans le fil entre OUT− et GND, la mesure ne veut rien dire. Ensuite, ne laissez pas la sortie dépasser 10 V tant que le diviseur est branché : au-delà, c’est l’entrée analogique qui prendrait la surtension. Pour régler plus haut, débranchez le fil de mesure.

Le programme

À copier dans l’IDE Arduino, puis à téléverser sur la carte :

/*
 * Lecture de la tension de sortie d un convertisseur LM2596
 * Carte : Arduino Uno R3
 * Montage : diviseur de tension 2 x 10 kohms entre OUT+ et OUT-
 *
 * Composants, brochage et fiche complete : www.marocproduits.com
 */
const byte PIN_MESURE = A0;   // point milieu du diviseur
const byte PIN_LED    = 9;    // LED rouge, via une resistance de 220 ohms
void setup() {
  pinMode(PIN_LED, OUTPUT);
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("Lecture de la tension de sortie du convertisseur LM2596");
}
void loop() {
  int brut = analogRead(PIN_MESURE);
  // L Arduino mesure de 0 a 5 V sur 1023 pas, et le diviseur divise par 2.
  // D ou le facteur 2 en fin de calcul.
  float tension = brut * (5.0 / 1023.0) * 2.0;
  Serial.print("Sortie : ");
  Serial.print(tension, 2);
  Serial.println(" V");
  // La LED brille proportionnellement a la tension mesuree :
  // 0 V donne une LED eteinte, 10 V une LED a fond.
  int luminosite = (int)(tension * 25.5);
  analogWrite(PIN_LED, constrain(luminosite, 0, 255));
  // Une lecture quatre fois par seconde suffit largement : la tension
  // ne change qu quand on tourne le potentiometre.
  delay(250);
}

Comment ça marche

• analogRead(PIN_MESURE) renvoie un nombre de 0 à 1023 pour une tension de 0 à 5 V sur l’entrée A0. Comme le diviseur a divisé la tension de sortie par deux au passage, on multiplie le résultat par 2 pour retrouver la tension réelle.
• Serial.print(tension, 2) affiche la valeur arrondie à deux décimales : tournez le potentiomètre lentement, vous verrez le nombre bouger en direct, sans avoir à poser deux fois les pointes d’un multimètre.
• analogWrite() n’a rien d’obligatoire ici : la LED est un simple confort visuel, elle permet de voir d’un coup d’œil que la sortie est réglée à peu près au niveau voulu avant de tout rebrancher.

Quelle précision attendre ? Celle de l’Arduino, pas celle d’un instrument de mesure. L’Arduino se sert de sa propre alimentation USB comme référence : si elle vaut 4,85 V au lieu de 5 V, toutes les lectures seront décalées d’environ 3 %. Pour un réglage approximatif, c’est parfait ; pour une valeur exacte, un multimètre reste la référence. Ce montage sert surtout à suivre la variation pendant le réglage, ce qu’aucun multimètre ne fait aussi commodément.

Pour aller plus loin

• Un affichage permanent — remplacez la console par un afficheur LCD 16×02 I2C et affichez la tension sur un écran, dans un boîtier.
• Un seuil d’alarme — comparez tension à une constante et faites clignoter la LED dès que la sortie sort de la plage prévue, utile pour surveiller une batterie qui se décharge.
• Une charge réelle — branchez un moteur DC avec roue ou un ventilateur 5 V en sortie : c’est là que vous verrez le courant monter, la tension bouger, et le régulateur chauffer.

Variante : alimenter tout un montage depuis une batterie

Sur un montage autonome, l’abaisseur est ce qui permet de faire cohabiter une source unique et des tensions différentes. Avec deux accus 18650 en série, on part d’environ 7,4 V nominaux — ce qui laisse juste la marge nécessaire pour sortir 5 V, mais plus assez pour du 5 V une fois la batterie bien déchargée. Trois accus, ou une batterie de 12 V, laissent au contraire beaucoup plus de confort.

Deux règles pour ce type de montage :

• Vérifiez le courant — au-delà de quelques centaines de milliampères, un pile 9 V n’y arrive pas, même si sa tension le laisse croire. Comptez sur des accus ou une alimentation sur secteur.
• Intercalez un régulateur linéaire après le convertisseur si votre montage est sensible au bruit — un abaisseur à découpage laisse une petite ondulation résiduelle, très bien tolérée par un moteur ou une LED, mais parfois gênante pour une mesure analogique fine ou un module radio. Un 7805 derrière l’abaisseur lisse tout.

Questions fréquentes

Peut-il augmenter la tension ?

Non. Le LM2596 est un abaisseur : la sortie est toujours inférieure à l’entrée. Pour passer de 5 V à 12 V, il faut un convertisseur élévateur (boost), qui est une autre famille de modules.

Ma sortie reste bloquée, le potentiomètre ne fait presque rien

Dans neuf cas sur dix, l’entrée n’est pas assez haute pour la tension demandée : voir la marge de 1,5 à 2 V expliquée plus haut. Vérifiez aussi que votre multimètre est bien branché entre OUT+ et OUT−, et non entre OUT+ et IN− : la masse est commune, donc « ça marche », mais toute la chute du câblage d’entrée vient fausser la lecture.

La tension s’écroule dès que je branche mon moteur

Trois causes, dans l’ordre de fréquence : le moteur appelle plus que les 3 A du module, le courant d’appel au démarrage est bien supérieur au courant de fonctionnement, ou les fils d’alimentation sont trop fins et font chuter la tension en amont. Passez sur une alimentation d’entrée plus généreuse et des fils plus courts, mesurez le courant réel, et laissez de la marge.

Le module chauffe beaucoup, est-ce normal ?

Jusqu’à un certain point, oui : le régulateur travaille, et c’est normal qu’il soit tiède, voire chaud au-delà de 1,5 A. Ce qui ne l’est pas, c’est une carte brûlante au point de ne pas pouvoir la toucher : réduisez le courant, ajoutez un dissipateur collé sur le boîtier du régulateur, ou améliorez la ventilation. La protection thermique du LM2596 finit par couper la sortie d’elle-même — si votre montage s’arrête tout seul puis repart, c’est très probablement elle.

Puis-je alimenter un Arduino avec, en 5 V ?

Oui, et c’est un usage très courant. La sortie réglée à 5 V se branche directement sur la broche 5V de l’Arduino — pas sur VIN, qui attend au moins 7 V. Attention à ne pas alimenter l’Arduino en même temps par USB et par le convertisseur si vous n’êtes pas sûr de la qualité de la sortie : pour travailler, alimentez par USB et réglez, puis basculez sur le convertisseur une fois la tension vérifiée.

Est-ce plus économe qu’un régulateur 7805 ?

Sans comparaison possible sur batterie. Pour passer de 12 V à 5 V sous 1 A, un 7805 dissipe environ 7 W en chaleur et consomme 1 A à l’entrée ; le LM2596 en consomme environ 0,45 A. C’est la raison pour laquelle tous les montages nomades utilisent un abaisseur, et réservent le régulateur linéaire aux cas où c’est la propreté de la tension qui compte.

À combiner avec

Pour une base d’alimentation complète, partez d’une alimentation 12 V 2 A — elle fournit exactement la marge nécessaire pour sortir proprement du 5 V et du 9 V. Si votre montage consomme peu et réclame seulement du 5 V, une alimentation 5 V 2 A fixe fera le même travail sans réglage. Et si vous pilotez un appareil du secteur depuis un montage alimenté par ce convertisseur, un module 1 relais 5 V s’intercale entre l’Arduino et la charge.