Qu’est-ce qu’un régulateur linéaire IC ?
Les régulateurs linéaires IC sont des composants électroniques qui délivrent une tension stable.
Une tension constante est émise à partir de la borne de sortie en utilisant la chute de tension d’une résistance ou d’un élément semi-conducteur par rapport à la tension d’entrée. Si la tension de sortie est faible par rapport à la tension d’entrée, la perte de différence de tension est importante, c’est pourquoi les régulateurs linéaires IC sont utilisés comme alimentation pour les circuits et les capteurs qui fonctionnent à faible puissance.
Parmi les régulateurs linéaires IC, ceux qui comportent des éléments de résistance variable active utilisant des éléments semi-conducteurs connectés en série sont des régulateurs en série, tandis que ceux qui comportent des éléments semi-conducteurs connectés en parallèle sont des régulateurs shunt.
Utilisations des régulateurs linéaires IC
Les régulateurs linéaires IC sont utilisés comme composants d’alimentation dans les équipements électroniques et les instruments de précision qui fonctionnent à faible puissance. Ils se caractérisent par la simplicité de leur circuit, leur faible coût, l’excellente stabilité de la tension d’alimentation et leur faible niveau de bruit.
Parmi les régulateurs linéaires IC, les régulateurs en série génèrent de la chaleur lorsqu’une chute de tension est réalisée avec un élément de résistance variable actif, de sorte que la température maximale absolue de fonctionnement du circuit intégré ne doit pas être dépassée. Si le circuit intégré du régulateur génère beaucoup de chaleur, des mesures telles que la fixation d’un dissipateur thermique externe doivent être prises si nécessaire.
Principe des régulateurs linéaires IC
Les régulateurs linéaires IC sont l’un des régulateurs à 3 bornes les plus courants. Les régulateurs à 3 bornes ont trois bornes : la borne d’entrée, la borne de sortie et la masse.
Une alimentation est connectée à la borne d’entrée, un condensateur d’entrée est connecté entre la borne d’entrée et la masse, et un condensateur de sortie est également connecté entre la borne de sortie et la masse, de sorte qu’une tension constante est délivrée par la borne de sortie.
L’intérieur d’un régulateur linéaire consiste en un circuit de contrôle composé d’éléments de résistance variable active utilisant des transistors ou des FET et d’une source de tension de référence. Le circuit de commande mesure la tension qui traverse l’élément de résistance variable active, effectue un contrôle en retour et contrôle la valeur de la résistance de l’élément de résistance variable active, contrôlant ainsi l’ampleur de la tension émise à partir de la borne de sortie à une valeur constante.
Étant donné que les éléments de résistance variable active génèrent une chute de tension au-delà d’une certaine tension, une tension d’entrée qui dépasse la différence minimale entre la tension d’entrée et la tension de sortie, appelée tension de chute, est nécessaire pour produire une alimentation électrique stable. Habituellement, cette tension est d’environ 1,5 V. Toutefois, le circuit intégré doit être choisi en tenant compte de la tension d’entrée minimale.
Autres informations sur les régulateurs linéaires IC
1. Précautions dans l’utilisation des régulateurs à 3 bornes
Dissipation thermique des régulateurs à 3 bornes
Un régulateur à 3 bornes obtient une tension de sortie stable à partir d’une tension d’entrée instable en utilisant des éléments de résistance variable active tels que des transistors et des FET, mais le produit de la différence de tension entre les bornes d’entrée et de sortie et le courant circulant à partir de la borne de sortie (courant de sortie) se transforme en chaleur à l’intérieur du régulateur, ce qui consomme de l’énergie. Par conséquent, plus la différence entre la tension d’entrée et la tension de sortie est importante, et plus le courant de sortie est élevé, plus la chaleur générée est importante.
Par conséquent, la conception de la dissipation thermique est un facteur important lors de l’utilisation de régulateurs à 3 bornes. Pour assurer une dissipation thermique efficace, un dissipateur thermique approprié doit être conçu et monté sur le régulateur à 3 bornes.
Conception de la carte des régulateurs à 3 bornes
Les régulateurs à trois bornes fonctionnent en réinjectant la tension de sortie pour fournir en permanence une tension de sortie stable. Les condensateurs connectés entre la borne d’entrée et GND et entre la borne de sortie et GND sont donc très importants, en particulier, si le condensateur de la borne de sortie n’est pas approprié, la tension de sortie peut se transmettre.
En général, il convient de choisir le condensateur recommandé par le fabricant du régulateur à 3 bornes, mais même dans ce cas, le condensateur doit être placé aussi près que possible du régulateur à 3 bornes et la configuration de la carte entre le régulateur à 3 bornes et le condensateur doit être conçue de manière à être courte.
Protection des régulateurs à 3 bornes
Si l’on s’attend à ce qu’une tension anormale soit appliquée à l’entrée ou à la sortie, un circuit de protection du régulateur à 3 bornes est nécessaire. S’il y a un risque qu’une haute tension instantanée soit appliquée du côté de l’entrée, ajoutez une résistance d’amortissement ou une diode Zener à l’entrée pour bloquer cette haute tension.
Des mesures sont également nécessaires si la tension d’entrée risque de tomber en dessous de la tension de sortie. Si, pour une raison quelconque, la tension d’entrée chute de manière significative, un condensateur de grande capacité doit être connecté aux bornes de sortie pour maintenir une tension de sortie constante. En corollaire, la tension aux bornes de sortie peut temporairement être supérieure à la tension aux bornes d’entrée lorsque l’alimentation est coupée.
Dans les circuits combinant plusieurs alimentations, il est également possible que la tension de sortie soit supérieure à la tension d’entrée en raison de la circulation d’autres alimentations. Comme contre-mesure, une diode de protection (côté entrée connecté à la cathode et côté sortie connecté à l’anode) peut être fixée de manière à ce que le courant circule de la borne de sortie à la borne d’entrée.
2. Caractéristiques des régulateurs de type LDO
Les régulateurs à trois bornes sont classés en “type standard” ou “type LDO” en fonction de l’ampleur de la tension de chute (l’ampleur de la chute de la tension de sortie par rapport à la tension d’entrée).
La tension de chute du type standard est d’environ 3,0 V, tandis que le type LDO se caractérise par une tension de chute inférieure à 1,0 V, ce qui est plus petit que le type standard. LDO est l’abréviation de Low Drop Out (faible chute de tension). Lorsque la combinaison d’une tension d’entrée de 12 V et d’une tension de sortie de 5 V était courante, les régulateurs à 3 bornes étaient largement utilisés pour convertir 12 V en 5 V. Dans ce cas, les régulateurs standard avec une tension de perte d’environ 3 V pouvaient être utilisés sans problème.
Cependant, lorsque les circuits intégrés numériques de 3,3 V sont devenus courants et que la tension d’entrée est passée à 5 V et la tension de sortie à 3,3 V, il est devenu essentiel d’utiliser un régulateur LDO pour convertir 5 V en 3,3 V sur la carte. Le circuit de sortie de type standard utilisant des transistors bipolaires se compose de deux transistors NPN avec des connexions Darlington, alors que le circuit de sortie de type LDO utilise un seul transistor PNP. Cela permet de fonctionner avec de faibles tensions de perte.
Cependant, les caractéristiques de la rétroaction négative ont également changé et le type LDO a une plage de fonctionnement stable plus étroite et est plus enclin à l’oscillation que le type standard. Les caractéristiques de capacité et de résistance série équivalente (ESR) des condensateurs connectés aux bornes de sortie sont donc des facteurs extrêmement importants pour les types LDO.