Bernard, radioamateur Belge sous l’indicatif ON7AN est passionné par la réception de signaux radio très faibles. Je vous avais parlé du WSPR (Weak Signal Propagation Reporter) dans des articles précédents. Cette passion l’amène à « affuter » son matériel de réception pour entendre les signaux les plus ténus. Cela passe aujourd’hui par des récepteurs utilisant des Raspberry Pi dont il faut minimiser le bruit. c’est ici qu’intervient l’alimentation linéaire.

Alimentation linéaire pour le Raspberry Pi 4 et WSPR

Pour cet article, je laisse la parole à Bernard qui va vous expliquer sa démarche.

Pourquoi une alimentation linéaire pour le Raspberry Pi 4 B ?

Dans la réception de signaux radio très faibles, il faut tenir compte de tous les éléments depuis l’antenne jusqu’au récepteur et jusqu’au matériel qui va échantillonner le signal sortant du récepteur et en tirer des chiffres.
Dans la réception de signaux WSPR à l’aide du programme WSJTX de K1JT, avec une alimentation linéaire, j’ai pu recevoir des signaux jusqu’à -30DB. Inutile de vous dire, qu’ aucune oreille humaine n’est capable d’entendre aussi bas.
Aussi, pour aller chercher le dernier db, il est préférable d’utiliser une alimentation linéaire sur l’ensemble des appareils.

Bien entendu cette prouesse se réalise avec un PC ou avec notre Raspberry Pi.

Les chiffres de consommation sans clavier, sans écran et sans souris

Le PI2B + dongle carte son USB consomme 0.4A à 5.0V
Le PI4B 2G RAM + dongle carte son USB consomme le double 0.8A à 5.1V

J’ai quand même essayé d’utiliser un régulateur fixe 5V 2A : le Raspberry Pi 4 B semble fonctionner correctement mais plante au bout de quelque temps et ce de façon aléatoire.
Vu que l’alimentation d’origine est à 5.1V, pourquoi pas essayer une alimentation linéaire à 5.1V ?

La réalisation d’une alim linéaire 5V est facile avec un régulateur, en réaliser une pour 5.1V nécessite un composant réglable.

Mon choix s’est porté sur un LM317 qui peut supporter 1.5A.
D’autres composants tels que TL1085 (3A), LT1084 (5A) et LT1083 (7.5A) sont plus puissants et compatibles broche à broche avec le LM317.

Ayant fait des recherches sur le net, j’ai trouvé un article qui utilise une alimentation à découpage (réglable) AVANT le régulateur linéaire.
L’idée est donc d’amener la tension continue (DC) à 3V au dessus de la tension d’utilisation finale.
Pour notre cas 5.1V + 3V = 8.1V
Cela permet de ne pas dissiper trop en chaleur la chute de tension pour réguler le 5.1V car une partie est facilement absorbée par le module à découpage.

Dans le schéma bloc ci-dessous, l’alimentation est des plus classique. J’ai prévu l’ utilisation d’un transformateur. En l’absence du transformateur, on peut utiliser du 13.8V, traditionnel pour les appareils radio amateurs.

Alim secteur classique :

Utilisation en plus d’un petit module alimentation à découpage

Schéma bloc

Le schéma est très facile à comprendre : à l’aide d’un inverseur, soit on passe directement vers le régulateur, soir on passe par le module à découpage (réglé pour mon cas sur 8,5V).

La diode juste après le module à découpage évite un retour vers le module à découpage quand on ne l’utilise pas. Lors de l’utilisation du module, il y passe au moins 0,9 voire 1A , j’ai mis une diode format « petit boulon » une 6A je crois, avec un petit radiateur car elle chauffe.

Pour le câblage du LM317, le boîtier est relié à la sortie !
Il faut donc l’isoler du radiateur sur lequel il est fixé.

Le module à découpage vient de chez Aliexpress et donné pour 3A. A l’utilisation, la bobine chauffe un peu et le petit radiateur placé sur le transistor également.

N’ayant pas de potentiomètre multitour de 500 Ohms, j’ai mis un de 200 Ohms + une résistance de 220 ohms.
Le bornier gris à gauche est l’entrée AC et l’autre, la sortie 5.1V

Je n’ai pas placé le montage dans un boîtier et je le fais fonctionner debout.
Depuis que je l’utilise, le Raspberry Pi 4 B n’a plus planté.

Cela me permet d’alimenter le montage avec le 13.8V servant à alimenter les autres appareils radio.

Dissipation calorique du LM317

Selon la loi d’ohm, la dissipation en chaleur dans une résistance w=R X I²

Sans passer par le module à découpage :

13.8-5.1= 8.7 V sous 0,8A

Résistance = 8.7 / 0.8 = 10.875

Puissance en chaleur : 10.875 X 0.64 = 6.96W

En passant par le module à découpage :

8.5-5.1= 3.4 V sous 0,8A

Résistance = 3.4 / 0.8 = 4.25

Puissance en chaleur : 4.25 X 0.64 = 2.72W

Puissance dissipée par le module à découpage en tant que résistance pure:

13.8-8.5= 5.3 V sous 0,8A

Résistance = 3.4 / 0.8 = 6.625

Puissance en chaleur : 6.625 X 0.64 = 4.24 W (6.96-2.72)

Toutefois, le module à découpage porte bien son nom : il découpe !
Je ne connais pas la fréquence de découpage. Il y a certainement une formule qui permet de calculer la puissance dissipée en chaleur en déterminant son rendement (efficacité en %).
Je laisse cela aux puristes.
Bref sans donner une valeur en W, la bobine est à peine tiède et le radiateur sur le composant actif aussi.

Extrait des datas sheet :

Brochage :

Réalisation finale

Vue d’ensemble

Un petit hub est nécessaire car pas moyen de placer côte à côte le dongle carte son et un adaptateur RS232-USB

Notez que le Raspberry Pi 4 B n’est pas raccordé sur cette photo

Et voici le résultat final du Raspberry Pi 4 B via VNC

Bonnes fêtes de fin d’année et prenez bien soin de vous et de vos proches.
73’s
Bernard de ON7AN