Circuits de régulation de tension

Le régulateur de tension, comme son nom l'indique, est un circuit utilisé pour réguler la tension. La tension régulée est une alimentation en tension régulière, exempte de tout bruit ou perturbation. La sortie du régulateur de tension est indépendante du courant de charge, de la température et de la variation de la ligne CA. Des régulateurs de tension sont présents dans presque tous les appareils électroniques ou ménagers tels que la télévision, le réfrigérateur, l'ordinateur, etc.

Fondamentalement, le régulateur de tension minimise la variation de tension pour protéger l'appareil. Dans le système de distribution électrique, les régulateurs de tension sont soit dans les lignes d'alimentation, soit au niveau du poste. Il existe deux types de régulateurs utilisés dans cette ligne, l'un est le régulateur à gradins, dans lequel des commutateurs régulent l'alimentation en courant. Un autre est le régulateur d'induction, qui est une machine électrique alternative similaire à un moteur à induction fournit de l'énergie en tant que source secondaire. Il minimise la variation de tension et fournit une sortie stable.

Il existe différents types de régulateurs de tension qui sont expliqués ci-dessous.

Types de circuit de régulateur de tension

Circuit de régulateur de tension linéaire

• Régulateur de tension série
• Régulateur de tension shunt

Circuit de régulateur de tension Zener

Circuit de régulateur de tension de commutation

• Type de Buck
• Type de boost
• Type Buck / Boost

Circuit de régulateur de tension linéaire

Ce sont les régulateurs les plus couramment utilisés en électronique pour maintenir la tension de sortie constante. Les régulateurs de tension linéaires agissent comme un circuit diviseur de tension, dans ce régulateur, la résistance varie en fonction du changement de charge et donne une tension de sortie constante. Certains avantages et inconvénients du régulateur de tension linéaire sont donnés ci-dessous:

Avantages

• La tension d'ondulation de sortie est faible
• La réponse est rapide
• Moins de bruit

Désavantages

• Faible efficacité
• Grand espace requis
• La tension de sortie sera toujours inférieure à la tension d'entrée

1. Régulateur de tension série

La tension non régulée est directement proportionnelle à la chute de tension aux bornes de la résistance connectée en série et cette chute de tension dépend du courant consommé par la charge. Si la consommation de courant de la charge augmente, le courant de base diminuera également et, en raison de cette diminution, le courant du collecteur traversera la borne de l'émetteur du collecteur et, par conséquent, le courant traversant la charge augmentera et vice versa.

La tension de sortie régulée du régulateur de tension shunt est définie comme:

V _OUT = V _Z + V _BE

Régulateur de tension Zener

Les régulateurs de tension Zener sont moins chers et ne conviennent qu'aux circuits de faible puissance. Il peut être utilisé dans des applications où la quantité d'énergie gaspillée pendant la régulation n'est pas une préoccupation majeure.

Une résistance est connectée en série avec la diode Zener pour limiter la quantité de courant traversant la diode et la tension d'entrée Vin (qui doit être supérieure à la tension Zener) est connectée aux bornes comme indiqué sur l'image et la tension de sortie Vout, est prise à travers la diode Zener avec Vout = Vz (tension Zener). Comme nous le savons, la diode Zener commence à conduire en sens inverse lorsque la tension appliquée est supérieure à la tension de claquage de Zener. Ainsi, lorsqu'il commence à conduire, il maintient la même tension à travers lui et renvoie le courant supplémentaire, fournissant ainsi la tension de sortie stable.

En savoir plus sur le fonctionnement de Zener Diode ici.

Régulateur de tension de commutation

Il existe trois types de régulateur de tension à découpage:

• Régulateur de tension à découpage abaisseur ou abaisseur
• Régulateur de tension de commutation Boost ou Step-Up
• Régulateur de tension de commutation Buck / Boost

Régulateur de tension à découpage abaisseur ou abaisseur

Un régulateur Buck est utilisé pour abaisser la tension à la sortie, nous pouvons même utiliser le circuit diviseur de tension pour réduire la tension de sortie mais l'efficacité du circuit diviseur de tension est faible, car les résistances dissipent l'énergie sous forme de chaleur. Nous utilisons un condensateur, une diode, une inductance et un interrupteur dans le circuit. Le schéma de circuit du régulateur de tension à découpage Buck est donné ci-dessous:

Lorsque l'interrupteur est sur ON, la diode reste polarisée en inverse et l'alimentation est connectée à l'inductance. Lorsque l'interrupteur est ouvert, la polarité de l'inducteur s'inverse et la diode devient polarisée en direct et connecte l'inductance à la terre. Ensuite, le courant à travers l'inducteur diminue avec la pente:

d I _L / dt = (0-V _OUT) / L

Le condensateur est utilisé pour empêcher la tension de chuter à zéro sur la charge. Si nous continuons d'ouvrir et de fermer l'interrupteur, la tension moyenne aux bornes de la charge sera inférieure à la tension d'entrée fournie. Vous pouvez contrôler la tension de sortie en faisant varier le cycle de service du dispositif de commutation.

Tension de sortie = (tension d'entrée) * (pourcentage de temps pendant lequel l'interrupteur est activé)

Si vous souhaitez en savoir plus sur le convertisseur Buck, suivez le lien.

Régulateur de tension de commutation Boost ou Step-Up

Le régulateur Boost est utilisé pour augmenter la tension aux bornes de la charge. Le schéma de circuit du régulateur de suralimentation est donné ci-dessous:

Lorsque l'interrupteur est fermé, la diode se comporte comme polarisée inversée et le courant à travers l'inducteur continue d'augmenter. Maintenant, lorsque l'interrupteur est ouvert, l'inducteur créera une force provoquant la poursuite du courant et le condensateur commencera à se charger. En tournant continuellement l'interrupteur sur ON et OFF, nous recevrons la tension à la charge supérieure à la tension d'entrée. Nous pouvons contrôler la tension de sortie en contrôlant le temps d'activation (Ton) du commutateur.

Tension de sortie = tension d'entrée / pourcentage de temps pendant lequel l'interrupteur est ouvert

Si vous souhaitez en savoir plus sur le convertisseur Boost, suivez le lien.

Régulateur de tension de commutation Buck-Boost

Le régulateur de commutation Buck-Boost est la combinaison du régulateur Buck et Boost, il donne une sortie inversée qui peut être supérieure ou inférieure à la tension d'entrée fournie.

Lorsque l'interrupteur est sur ON, la diode se comporte comme polarisée inversée et l'inducteur stocke l'énergie et lorsque l'interrupteur est sur OFF, l'inducteur commence à libérer l'énergie avec la polarité inverse, ce qui charge le condensateur. Lorsque l'énergie stockée dans l'inducteur devient nulle, le condensateur commence à se décharger dans la charge avec une polarité inversée. En raison de ce régulateur buck-boost également appelé régulateur inverseur.

La tension de sortie est définie comme

Vout = Vin (D / 1-D) Où, D est le cycle de service

Par conséquent, si le cycle de service est bas, le régulateur se comporte comme le régulateur Buck et lorsque le cycle de service est élevé, le régulateur se comporte comme le régulateur de suralimentation.

Exemple pratique de circuits de régulation

Circuit de régulateur de tension linéaire positif

Nous avons conçu un circuit de régulateur de tension linéaire positif utilisant 7805 IC. Ce circuit intégré a tous les circuits pour fournir l'alimentation régulée 5 volts. La tension d'entrée doit être au moins supérieure à 2 V par rapport à la valeur nominale, comme pour LM7805, nous devrions au moins fournir 7 V.

Une tension d'entrée non régulée est fournie au CI et nous obtenons une tension régulée à la borne de sortie. Le nom du CI définit sa fonction, 78 représente le signe positif et 05 représente la valeur de la tension de sortie régulée. Comme vous le voyez dans le schéma de circuit, nous donnons 9V au 7805IC et sommes régulés + 5V à la sortie. Les condensateurs C1 et C2 sont utilisés pour la filtration.

Circuit de régulateur de tension Zener

Ici, nous avons conçu un régulateur de tension Zener utilisant 5.1V de diode Zener. La diode Zener fait office d'élément de détection. Lorsque la tension d'alimentation dépasse sa tension de claquage, elle commence à conduire dans le sens inverse et maintient la même tension à travers elle et renvoie le courant supplémentaire, fournissant ainsi la tension de sortie stable. Dans ce circuit, nous donnons 9V de tension d'entrée et obtenons près de 5,1 tension de sortie régulée.