Les régulateurs de tension prennent une tension d'entrée et créent une tension de sortie régulée à un niveau fixe ou réglable. Cette régulation automatique du niveau de tension de sortie est gérée différemment par différents types de régulateurs de tension.
Types de régulateurs de tension
Les régulateurs de tension les plus abordables et souvent les plus faciles à utiliser sont les régulateurs de tension linéaires. Les régulateurs linéaires sont compacts et souvent utilisés dans les systèmes basse tension et basse puissance. Les régulateurs à découpage sont plus efficaces que les régulateurs de tension linéaires, mais ils sont plus difficiles à utiliser et plus chers. Les diodes Zener sont peu coûteuses et simples à utiliser, mais sont moins efficaces que les régulateurs linéaires.
Régulateurs linéaires
L'un des moyens les plus élémentaires de fournir une tension stable pour l'électronique consiste à utiliser un régulateur de tension linéaire standard à 3 broches, tel que le LM7805, qui fournit une sortie de 5 volts, 1 ampère avec une tension d'entrée jusqu'à 36 volts (selon le modèle).
Les régulateurs linéaires fonctionnent en ajustant la résistance série équivalente (ESR) du régulateur en fonction d'une tension de rétroaction, devenant essentiellement un circuit diviseur de tension. Cela permet au régulateur de produire une tension constante quelle que soit la charge de courant placée dessus, jusqu'à sa capacité de courant.
L'un des gros inconvénients des régulateurs de tension linéaires est la chute de tension minimale importante, qui est de 2,0 volts sur le régulateur de tension linéaire LM7805 standard. Cela signifie que pour obtenir la sortie stable de 5 volts, au moins une entrée de 7 volts est requise. Cette chute de tension joue un rôle important dans la puissance dissipée par le régulateur linéaire, qui doit dissiper au moins 2 watts s'il délivre une charge de 1 ampère (chute de tension de 2 volts fois 1 ampère).
La dissipation de puissance s'aggrave à mesure que la différence entre la tension d'entrée et de sortie augmente. Par exemple, alors qu'une source de 7 volts régulée à 5 volts délivrant 1 ampère dissipe 2 watts à travers le régulateur linéaire, une source de 10 volts régulée à 5 volts délivrant le même courant dissipe 5 watts, rendant le régulateur seulement 50% efficace.
Régulateurs à découpage
Les régulateurs linéaires sont d'excellentes solutions pour les applications à faible consommation d'énergie et à faible coût où la différence de tension entre l'entrée et la sortie est faible et où peu de puissance est nécessaire. Le plus gros inconvénient des régulateurs linéaires est qu'ils sont inefficaces, c'est là que les régulateurs à découpage entrent en jeu.
Lorsqu'un rendement élevé est nécessaire ou qu'une large plage de tension d'entrée est attendue, un régulateur à découpage devient la meilleure option. Les régulateurs de tension à découpage ont des rendements énergétiques de 85 % ou plus par rapport aux rendements des régulateurs de tension linéaires qui sont souvent inférieurs à 50 %.
Les régulateurs à découpage nécessitent généralement des composants supplémentaires par rapport aux régulateurs linéaires. Les valeurs des composants ont plus d'effet sur les performances globales des régulateurs à découpage que des régulateurs linéaires. Il existe également des défis de conception dans l'utilisation efficace des régulateurs à découpage sans compromettre les performances du circuit résultant du bruit électronique généré par le régulateur.
Zener Diodes
L'un des moyens les plus simples de réguler la tension consiste à utiliser une diode Zener. Alors que les régulateurs linéaires sont généralement de conception basique, une diode Zener fournit une régulation de tension adéquate dans un seul composant.
Étant donné que les diodes Zener dérivent toute tension supplémentaire au-dessus de son seuil de tension de claquage vers la terre, elles peuvent être utilisées comme un simple régulateur de tension avec la tension de sortie tirée sur les fils de la diode Zener.
Cependant, les Zeners ont souvent une capacité limitée à gérer l'alimentation, ce qui les limite uniquement aux applications à faible puissance. Lorsque vous utilisez des diodes Zener de cette manière, il est préférable de limiter la puissance disponible qui peut traverser le Zener en sélectionnant stratégiquement une résistance de taille appropriée.
