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Circuits de régulation de tension

Circuits de régulation de tension

Les régulateurs de tension sont largement utilisés dans les circuits d'alimentation électroniques. Ils fournissent des degrés de régulation très élevés et de faibles niveaux d'ondulation, bien que leurs niveaux d'efficacité soient bien inférieurs à ceux d'une autre forme populaire de régulateur appelée régulateur à découpage. Cependant, les régulateurs linéaires sont encore utilisés en grandes quantités en raison de leur relative simplicité et de leurs performances élevées.

Il est possible de réaliser des circuits de régulation de tension à partir des deux composants discrets et de pouvoir utiliser des régulateurs IC. Les régulateurs IC permettent d'atteindre des niveaux de performances très élevés, souvent en utilisant relativement peu de composants, mais souvent pour de nombreux projets, il est possible d'utiliser quelques composants disponibles pour créer un circuit régulateur de tension parfaitement adéquat.

Concept de base derrière les circuits de régulation de tension

Bien qu'il existe de nombreux circuits de régulation de tension et régulateurs de circuits intégrés différents, les concepts de base de ces circuits appartiennent à l'une des deux catégories de base:

  • Circuit régulateur série
  • Circuit régulateur parallèle ou shunt.

Tous les circuits de régulation de tension entrent dans l'une de ces catégories, bien que des deux, le type le plus courant vu pour les circuits de régulation de tension complète est le régulateur en série.

En plus des régulateurs de tension classés comme régulateurs série et shunt, il est également possible de les classer en deux autres catégories en fonction du mode de fonctionnement:

  • Régulateurs de tension linéaires.
  • Régulateurs de tension de commutation.

Les circuits de régulation linéaires et à découpage sont largement utilisés. Chaque type a ses propres avantages et inconvénients et donc un choix du type de régulateur doit être rendu dépendant de l'application envisagée.

Circuit régulateur de tension série

Les circuits de régulation de tension série fonctionnent en utilisant un élément de commande série tel qu'un transistor bipolaire ou un transistor à effet de champ. La base de fonctionnement du circuit s'articule autour du contrôle de la conductance de cet élément série par une tension de commande. Si la tension de la sortie a tendance à augmenter, cela sera détecté et la tension de commande sera ajustée pour réduire la conductance de l'élément série, ce qui provoquera une augmentation de la tension à travers l'élément série. Comme l'élément série et la charge forment un circuit diviseur de potentiel, toute augmentation de tension aux bornes de l'élément de commande série fera chuter la tension aux bornes de la charge.

De même, si la tension aux bornes de la charge a tendance à tomber trop bas, cela sera détecté, la tension de commande de l'élément série provoquera alors une augmentation de la conductance de l'élément série et la tension aux bornes de la charge sera maintenue.

Il s'agit d'une forme typique de système de rétroaction négative. La tension de commande doit avoir une référence à laquelle la sortie peut être comparée. Ceci est souvent fourni par un circuit de référence de tension basé autour d'une diode Zener. La tension de sortie du régulateur est prise, souvent à travers un diviseur de potentiel, et comparée à la tension de référence, et la tension d'erreur est renvoyée comme tension de commande pour modifier la conductance de l'élément de commande en série.

Il est possible de faire varier la tension de sortie en modifiant la quantité par laquelle la sortie est divisée. En plaçant une résistance variable dans le diviseur de potentiel, la tension comparée à la tension de référence peut être modifiée. Cela changera à son tour la tension de sortie du circuit régulateur de tension.

Circuit régulateur de tension shunt

Comme son nom l'indique, un régulateur de tension shunt fonctionne en parallèle avec la charge, plutôt que d'être en série avec elle. En utilisant une forme de dispositif à courant constant, qui pourrait être aussi simple qu'une résistance, il fonctionne en parallèle avec la charge, en shuntant ou en absorbant le courant de sorte que la tension aux bornes de la charge reste la même.

Les formes les plus simples de régulateurs shunt utilisent des dispositifs à tension constante tels que des diodes Zener. Ces circuits utilisent une résistance série pour fournir une action de limitation de courant, et une diode Zener est placée entre la résistance et la masse en parallèle avec la charge. Comme la diode Zener maintient une tension constante, et les variations de courant par la charge n'entraîneront aucune variation de tension (significative) car la diode maintiendra une tension constante, absorbant toutes les variations de courant. Naturellement, il existe d'autres formes plus sophistiquées de régulateur shunt, mais la version à diode Zener est la plus simple et la plus directe.

Régulateur de tension linéaire

Un circuit régulateur de tension linéaire est un circuit dans lequel la conductance de l'élément régulateur série varie de manière linéaire pour garantir que la tension requise est maintenue à la sortie. De cette manière, la tension de sortie est maintenue aussi exactement que possible et la sortie la plus propre est obtenue.

Bien qu'un circuit régulateur de tension linéaire offre des performances très élevées en termes de bruit, d'ondulation et de régulation, ce type de circuit n'est pas efficace. L'élément régulateur en série nécessite une chute de tension significative à travers celui-ci pour pouvoir maintenir les niveaux élevés de bruit et de rejet d'ondulation requis. L'élément régulateur série doit être capable de dissiper des niveaux de puissance significatifs en fonction de la puissance requise. Cela signifie que ces blocs d'alimentation peuvent être volumineux et lourds.

Régulateur de tension de commutation

Contrairement aux régulateurs linéaires où l'élément série varie de manière linéaire, l'élément série dans les régulateurs de commutation n'a que deux états: marche et arrêt. Le régulateur fonctionne en chargeant un gros condensateur sur la sortie. Lorsque la tension chute lorsque la charge est utilisée pour alimenter la charge, le régulateur série se met en marche. Une fois qu'il a atteint la tension requise, il s'éteint à nouveau. En ayant un condensateur de réservoir suffisamment grand sur la sortie, les pointes de commutation sont supprimées dans le principal.

L'avantage des régulateurs de commutation est leur niveau d'efficacité beaucoup plus élevé qu'ils peuvent offrir. L'élément en série dissipe très peu d'énergie car il est allumé ou éteint. En conséquence, ces alimentations sont non seulement très efficaces, mais elles peuvent également être beaucoup plus petites. Le problème est qu'il y a toujours des pointes de commutation présentes sur la sortie, et le niveau de bruit global sur la sortie est supérieur à ceux offerts par les régulateurs linéaires. Cependant, ils sont tout à fait adéquats pour de nombreuses applications et par conséquent ils sont très largement utilisés.

Résumé

Les régulateurs de tension linéaires sont très largement utilisés dans les circuits électroniques. Avec des circuits fonctionnant à des vitesses élevées et nécessitant un entretien précis des rails d'alimentation, des circuits de régulation de tension sont utilisés pour alimenter la plupart des circuits.


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