Que sont les régulateurs de tension et comment fonctionnent-ils en électronique ?
Un régulateur de tension prend une tension d’entrée et produit une tension de sortie régulée, que la tension d’entrée soit un niveau de tension fixe ou un niveau de tension réglable. Cet ajustement automatique du niveau de tension de sortie est géré par diverses techniques de rétroaction. Certaines de ces techniques sont aussi simples que les diodes Zener. D’autres incluent des topologies de rétroaction complexes qui améliorent les performances, la fiabilité et l’efficacité, et ajoutent d’autres fonctionnalités telles que l’augmentation de la tension de sortie au-dessus de la tension d’entrée du régulateur de tension.
Les régulateurs de tension sont une caractéristique commune à de nombreux circuits, assurant une tension constante et stable aux équipements électroniques sensibles.
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Comment fonctionnent les régulateurs linéaires
Le maintien d’une tension constante avec une entrée inconnue et potentiellement bruyante nécessite un signal de retour pour clarifier les ajustements à effectuer. Un régulateur linéaire utilise un transistor de puissance comme résistance variable, qui se comporte comme la première moitié d’un réseau diviseur de tension. La sortie du diviseur de tension pilote les transistors de puissance de manière appropriée pour maintenir une tension de sortie constante.
Puisqu’un transistor se comporte comme une résistance, il gaspille de l’énergie en la convertissant en chaleur (souvent beaucoup de chaleur). La puissance totale convertie en chaleur étant égale à la chute de tension entre la tension d’entrée et la tension de sortie multipliée par le courant fourni, la puissance dissipée est généralement très élevée et nécessite un bon dissipateur thermique.
Une autre forme de régulateur linéaire est un régulateur shunt, tel qu’une diode Zener. Au lieu d’agir comme une résistance série variable comme un régulateur linéaire typique, un régulateur shunt fournit un chemin vers la terre pour la tension (et le courant) excédentaire qui le traverse. Ce régulateur est généralement moins efficace qu’un régulateur linéaire série typique. Il n’est pratique que lorsque très peu d’énergie est nécessaire et fournie.
Comment fonctionnent les régulateurs à découpage
Les régulateurs à découpage fonctionnent différemment des régulateurs linéaires. Au lieu d’agir comme un puits de tension ou de courant pour fournir une sortie constante, un régulateur à découpage stocke l’énergie à un niveau défini et utilise la rétroaction pour garantir que le niveau de charge est maintenu avec une ondulation de tension minimale. Cette technique permet aux régulateurs à découpage d’être plus efficaces que les régulateurs linéaires en n’allumant complètement le transistor (avec une résistance minimale) que lorsque le circuit de réservoir nécessite une poussée d’énergie. Cette approche réduit la puissance totale gaspillée dans le système à la résistance du transistor lors de la commutation lorsqu’il passe de conducteur (très faible résistance) à non conducteur (très haute résistance) et d’autres petites pertes de circuit.
Plus un régulateur à découpage commute rapidement, moins la capacité de stockage d’énergie est nécessaire pour maintenir la tension de sortie souhaitée, ce qui signifie que des composants plus petits peuvent être utilisés. Cependant, le prix d’une commutation plus rapide est une perte d’efficacité car il faut plus de temps pour passer de l’état conducteur à l’état non conducteur. Le chauffage par résistance perd plus de puissance.
Un autre effet secondaire d’une commutation plus rapide est l’augmentation du bruit électronique généré par le régulateur de commutation. En utilisant différentes techniques de commutation, les régulateurs à découpage peuvent :
- Réduisez la tension d’entrée (topologie buck).
- Augmenter la tension (topologie boost).
- Abaissez ou augmentez la tension (buck-boost) selon les besoins pour maintenir la tension de sortie souhaitée.
Cette flexibilité fait des régulateurs à découpage un excellent choix pour de nombreuses applications alimentées par batterie, car les régulateurs à découpage peuvent augmenter ou augmenter la tension d’entrée de la batterie lorsqu’elle se décharge.
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