Les régulateurs de tension

par | juil. 12, 2018 | Connaissances en électronique

Du pont diviseur au régulateur de tension

Le pont diviseur sert à obtenir une tension de référence Vs à partir de Ve en fonction du rapport de résistance R1 et R2

Le calcul est valable à condition que l’intensité qui traverse R2 et R1 soit identique.
Donc qu’il n’y ait pas de courant de demandé en sortie.

En plus ici il s’agit de diviser une tension, pas de la réguler si Ve varie et bien Vs va varier proportionellement

 

De la diode zener au régulateur en circuit intégré

Pour réguler la tension il va être nécessaire d’utiliser une diode zener.
Pour que le montage ne consomme pas à vide, il va falloir ajouter un transistor qui va appeler du courant que lorsque la charge de sortie en demande.

Pour améliorer les performances on peut ajouter un Amplificateur Opérationel AOP pour un asservissement de la tension de sortie.

Au final cela fait beaucoup de composants, et il existe des circuits régulateurs de tension directement intégrés à un boitier.

Différents boîtiers traversants ou CMS selon la puissance nécessaire.

 

Un régulateur à diode zener est simplement constitué d’une résistance en série avec une diode zener.

Le dimensionnement consiste à déterminer la bonne valeur de la résistance R et la bonne valeur de la puissance Pz dissipée par la zener. La tension zener(Uz) est directement déterminée par la tension que la charge nécessite(5V, 3V3, 12V,…).

Soit Imin et Imax les courants minimum et maximum de la charge. Le courant maximum détermine R et le courant minimum détermine Pz. Le calcul s’effectue comme suit: pour pouvoir maintenir la tension zener Uz, la diode zener a besoin d’un courant minimal, notons-le Izmin (ce courant est renseigné dans la fiche technique de la diode). Lorsque le courant de charge est maximal, la résistance doit être suffisamment petite que pour pouvoir fournir le courant à la diode zener et à la charge, on a donc R = (Uin-Uz)/(Izmin + Imax). Voilà pour R. Lorsque le courant de charge est minimal, tout le courant est dérivé dans la diode zener, on a Iz = (Uin-Uz)/(R – Imin). Pz est simplement calculé comme suit: Pz = Uz.I et Pz sera la puissance maximale que la diode zener dissipera.

 

Régulateur avec diode zener et transistor balast

L’inconvénient majeur du montage « diode zener + résistance » est sa consommation à vide, identique à la consommation en charge. Pour limiter cette consommation, on ajoute un transistor qui n’appelle du courant que lorsque la charge de sortie en demande. Le rendement est ainsi amélioré aux faibles charges. La puissance dissipée dans la zener est limitée, de même que la consommation globale d’énergie.

Pour plus d’information voir cet article https://www.astuces-pratiques.fr/electronique/la-diode-zener-transistor-ballast-serie

 

 

 I  ) Connecteur d’alimentation externe

II  ) Circuit de régulation positif 78XX

Exemple avec un classique régulateur 5V positif type L7805 le dropout voltage est de 2V , donc tension d’entrée minimale de 7V,  la tension maxi en entrée de 35V. On peut utiliser par exemple le régulateur STMicroelectronique L7805CV ou le SN7805PI de l’entreprise KODENSHI
Les boitiers 7805 sont du type TO 220 pour bien dissiper la chaleur.

 

Démonstration venant du Youtubeur Stefano91ste regardez sa chaîne
https://www.youtube.com/channel/UCCukgRn9qWDg644XjIjA8kg

 

II  ) Circuit de régulation pour microcontrôleurs 3.3V

Certains circuits utilisent des microcontrôleurs utilisant 3.3V comme les ARM32, ESP8266, ESP32
Il suffit de prendre le même circuit et d’utiliser un autre régulateur positif par exemple le LD1117V33

Le régulateur LD117V33 est un régulateur LDO avec chute de tension mini de 1V.
Sa plage de fonctionnement en entrée est de 4.3v – 15V
Il peut délivrer au maximum 0.8A

Dans la datasheet c’est indiqué que le LD117V33 peut se présenter sous plusieurs formes de boitier.
Les boitiers TO-220 et SOT-223 sont les plus courants

III  ) Protection contre les inversions de polarité

Nous pouvons utiliser par exemple la diode 1N4007 qui est une diode à usage général son intensité maxi est de 1A. La tension de seuil est de 0.7V mais cela ne pose pas de problème pour nous.

Si la diode est traversante elle est dans un boitier de forme D0-41

Cette diode s’appelle M7 quand elle est sont forme d’un boitier CMS

III  ) Combiner plusieurs alimentations régulés

Plus d’informations sur https://www.sonelec-musique.com/electronique_theorie_reg_tension.html

Exemple de combinaison circuit régulé 5V et 3.3v avec deux circuits en parallèles

 

Ailleurs sur le web

Alimenter votre carte Arduino

Article de Locoduino sur les diodes
http://www.locoduino.org/spip.php?article30

Alimentation 5V et 3.3V à partir d’un transformateur 12V

 

 

 I  ) Connecteur d’alimentation externe

II  ) Circuit de régulation LM317

Le LM317 est un régulateur série à 3 pattes capable de fournir 1.5A sur une tension de sortie qui va de 1.25V à 37V.

Le LM317 est d’une facilité d’utilisation exceptionnelle et nécessite seulement 2 résistances externes pour fixer sa tension de sortie. De plus, la réjection de l’alimentation ainsi que l’insensibilité aux impacts de charge en font un régulateur avantageux. Le LM317, en boitier standard, se manipule aisément.

Le LM317 est protégé contre les courts-circuits, la surchauffe, même si la patte d’ajustement se trouve accidentellement déconnectée.

Vout : sortie (reliée au boitier)
Vin : entréeADJ : patte d’ajustement

Note : ce n’est pas identique au classique 7805 ! Attention, il n’est pas compatible broche à broche.

Alimentation stabilisée de  1.25V à 25V

La tension de sortie vaut : 1.25V x (1 + R2/R1)

Pour un fonctionnement correct, la tension d’entrée doit être supérieure de 3V à la tension de sortie maximale.

Si la sortie du LM317 doit pouvoir aller jusqu’à 24V, la tension d’entrée doit être de 27V minimum.
Si la sortie du LM317 doit pouvoir aller jusqu’à 12V, la tension d’entrée doit être de 15V minimum.

R1 ne doit pas dépasser 240 Ohms pour garantir au moins 5mA de courant de sortie. Si cela n’est pas respecté, la tension de sortie devient plus élevée et n’est plus régulée.

Obtenir une tension de sortie particulière non standard

Contraintes : 

  • Imin=5mAImin=5mA
  • Imax=1,5AImax=1,5A
  • VinVout=3VVin−Vout=3V

Le régulateur doit délivrer au minimum environ 5 mA afin de garantir sa stabilité de tension, si ce n’est pas le cas le circuit tourne à vide et se met à chauffer très fort.

 

Conclusion

Le courant disponible de 1.5A minimum et les protections du LM317  le rendent polyvalent pour bien des applications.
Par contre la consommation de repos de 5mA minimum du LM317 ne le rend pas avantageux pour des montages très faible consommation.

Ce composant n’est pas très économe en énergie. En effet, il va dissiper la différence de tension VinVout multipliée par l’intensité Iout sous forme de chaleur (!). Son rendement n’est pas très élevé et chute fortement lorsque la chute de tension entre l’entrée et la sortie est importante.

Pour en savoir plus : https://www.astuces-pratiques.fr/electronique/regulateur-de-tension-lm317-montages

 

Les régulateurs fixes et variables par exemple diode zener 7805  LM317 sont tous de type linéaires.

Leur principal défaut est la dissipation d’une puissance thermique qui peut être très élevée quand la tension non régulée appliquée à l’entrée est très supérieure à la tension de sortie régulée, et/ou quand le courant débité est important.
Le rendement des régulateurs linéaires vont de 40 à 60%.

A ce titre, les régulateurs à découpage type 78xx présentent un meilleur rendement et moins de pertes, donc moins de dissipation calorique.  Le rendement est très élevé de 70 à 90% et permet de s’affranchir d’un dissipateur thermique.
Par contre les régulateurs à découpage sont plus complexes, donc coûtent plus cher.

Les régulateurs à découpages peuvent générer des bruits d’ondes parasites électromagnétiques et de radiofréquences (Electro Magnetic Interference/Radio Frequency Interference, EMI/RFI) à cause de leur courant de découpage important et de leur temps de montée et de descente très court.
Le bruit de EMI/RFI qui est généré aux fréquences élevées (100 kHz à 500 kHz) peut être facilement filtré.