Les régulateurs de tension prennent une tension d'entrée et créent une tension de sortie régulée quelle que soit la tension d'entrée à un niveau de tension fixe ou à un niveau de tension réglable. Cette régulation automatique du niveau de tension de sortie est gérée par diverses techniques de rétroaction. Certaines de ces techniques sont aussi simples qu'une diode 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 pour garantir qu'une tension constante et stable est fournie aux composants électroniques sensibles.
Comment fonctionnent les régulateurs de tension linéaires
Le maintien d'une tension fixe avec une entrée inconnue et potentiellement bruyante nécessite un signal de retour pour clarifier les ajustements à effectuer. Les régulateurs linéaires utilisent 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 le transistor de puissance de manière appropriée pour maintenir une tension de sortie constante.
Parce que le transistor se comporte comme une résistance, il gaspille de l'énergie en la convertissant en chaleur, souvent beaucoup de chaleur. Étant donné que la puissance totale convertie en chaleur est égale à la chute de tension entre la tension d'entrée et la tension de sortie multipliée par le courant fourni, la puissance dissipée peut souvent être très élevée, exigeant de bons dissipateurs thermiques.
Une autre forme de régulateur linéaire est un régulateur shunt, comme une diode Zener. Plutôt que d'agir comme une résistance en série variable comme le fait le régulateur linéaire typique, un régulateur shunt fournit un chemin vers la terre pour que la tension (et le courant) excédentaires circulent. Ce type de régulateur est souvent moins efficace qu'un régulateur linéaire série classique. Il n'est pratique que lorsque peu de puissance est nécessaire et fournie.
Comment fonctionnent les régulateurs de tension à découpage
Un régulateur de tension à découpage fonctionne sur un principe différent des régulateurs de tension linéaires. Plutôt que 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 une rétroaction pour garantir que le niveau de charge est maintenu avec une ondulation de tension minimale. Cette technique permet au régulateur à découpage d'être plus efficace que le régulateur linéaire en allumant complètement un transistor (avec une résistance minimale) uniquement lorsque le circuit de stockage d'énergie a besoin d'une bouffée d'énergie. Cette approche réduit la puissance totale gaspillée dans le système à la résistance du transistor pendant 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 il a besoin de capacité de stockage d'énergie pour maintenir la tension de sortie souhaitée, ce qui signifie que des composants plus petits peuvent être utilisés. Cependant, le coût d'une commutation plus rapide est une perte d'efficacité car plus de temps est consacré à la transition entre les états conducteur et non conducteur. Plus de puissance est perdue à cause du chauffage résistif.
Un autre effet secondaire d'une commutation plus rapide est l'augmentation du bruit électronique généré par le régulateur à découpage. En utilisant différentes techniques de commutation, un régulateur à découpage peut:
- Réduire la tension d'entrée (topologie buck).
- Monter la tension (topologie boost).
- Les deux réduisent ou augmentent 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 le régulateur à découpage peut augmenter ou augmenter la tension d'entrée de la batterie lorsque la batterie se décharge.
