Qu’est-ce qu’un régulateur shunt ?
Un régulateur shunt est un circuit intégré (CI) qui surveille la tension d’entrée d’un circuit et applique une rétroaction pour maintenir la tension de sortie constante.
En général, la tension d’un circuit intégré dévie ou varie en raison de divers facteurs tels que les changements de température et les différences entre les composants individuels. Les régulateurs shunt, en revanche, contrôlent les tensions avec une grande précision et sont souvent utilisés comme source de tension de référence, c’est pourquoi ils sont également appelés circuits intégrés à tension de référence.
Par rapport aux circuits de stabilisation de la tension tels que les régulateurs linéaires et les régulateurs à découpage, les régulateurs shunt se caractérisent par leur capacité à contrôler la tension avec un degré élevé de précision.
Utilisations des régulateurs shunt
Les régulateurs shunt sont largement utilisés dans les applications nécessitant des alimentations de référence de haute précision, telles que les sources de tension de référence pour les convertisseurs AD/DA et les refs DSP, ainsi que pour le contrôle de haute précision des équipements électroniques.
Bien que les régulateurs shunt permettent un contrôle de tension de haute précision, leur efficacité est très faible, en particulier lorsqu’ils fonctionnent sous des courants élevés, en raison de leur fonction de tension constante en parallèle avec la charge. Ils sont donc utilisés comme source de tension de référence dans des conditions de charge à faible courant, où leur faible rendement est négligeable, et également pour piloter un autre régulateur de courant plus élevé en série avec son étage suivant.
Par exemple, dans les circuits logiques qui comparent deux tensions, tels que les comparateurs, la tension de référence est utilisée comme cible de comparaison. Si la tension de référence dérive, le fonctionnement prévu du circuit lui-même peut être perturbé, c’est pourquoi la valeur de la tension de référence doit être aussi stable que possible.
Principe du régulateur shunt
Le principe de fonctionnement d’un régulateur shunt est que ses composants, un amplificateur d’erreur et un transistor connectés en parallèle avec la charge, compensent les fluctuations de la tension d’entrée et maintiennent un courant de charge constant, fournissant ainsi une valeur de tension très précise.
Les régulateurs shunt généraux se composent d’une broche de tension de référence interne, d’un amplificateur d’erreur et d’un transistor, qui sont connectés en parallèle à la charge dans le circuit. Lorsque la tension d’entrée augmente, la tension de sortie essaie d’augmenter avec elle. Cependant, l’amplificateur d’erreur le détecte et augmente le courant circulant dans le transistor, réduisant ainsi le courant circulant dans la charge et supprimant l’augmentation de la tension de sortie.
Le régulateur à diode Zener est un exemple de régulateur shunt le plus simple. Une diode Zener diffère d’une diode normale en ce sens qu’elle applique une tension dans le sens inverse et que lorsqu’elle dépasse un certain seuil, un courant important commence à circuler. Le seuil de tension à ce point est appelé tension Zener. Il s’agit d’une valeur constante, quelle que soit la taille du courant qui circule, et la tension de Zener peut être conçue avec précision en ajoutant des impuretés à la jonction PN.
Les régulateurs shunt qui font bon usage de cette caractéristique de la diode peuvent simplifier les circuits et réduire les coûts parce qu’une tension constante peut être obtenue avec une simple diode. Toutefois, en raison des importantes fluctuations de température, les régulateurs shunt composés d’amplificateurs d’erreur et de transistors doivent être utilisés lorsque les caractéristiques de température sont importantes.
Autres informations sur les régulateurs shunt
1. Différence entre les régulateurs en série et les régulateurs en dérivation
Les régulateurs linéaires sont des convertisseurs DCDC qui produisent une tension de sortie inférieure à la tension d’entrée, mais ils peuvent être classés en deux types : les régulateurs série et les régulateurs shunt.
Les régulateurs shunt sont des convertisseurs DCDC qui utilisent des résistances pour générer une chute de tension et des éléments de contrôle en parallèle avec la charge, et sont également appelés types de contrôle parallèle. En revanche, les régulateurs en série ont des éléments de contrôle en série avec la charge et sont également appelés régulateurs en série.
Contrairement aux régulateurs en série, les régulateurs shunt se caractérisent par un flux continu d’un courant déterminé. Ils ont tendance à avoir une puissance réactive élevée et ne conviennent pas aux applications à courant élevé.
2. Régulateurs à trois bornes et LDO
Contrairement aux régulateurs shunt, les régulateurs série, qui sont également utilisés pour les applications à courant élevé, peuvent être classés en régulateurs à trois bornes et en régulateurs LDO (Low Dropout Regulator). Les régulateurs à trois bornes se composent d’un dispositif à trois bornes : entrée, sortie et GND. En général, les régulateurs à découpage sont utilisés dans les circuits d’alimentation en courant continu en raison de leur rendement élevé, mais les régulateurs à trois bornes sont utilisés dans certaines applications en raison de leur faible niveau de bruit, du nombre réduit de composants externes et de leur faible coût.
Les LDO sont des régulateurs en série qui peuvent fonctionner avec une faible différence de potentiel entre l’entrée et la sortie. Ils présentent l’avantage de pertes de puissance plus faibles que les régulateurs en série d’usage général. Cependant, en raison de leur fonctionnement, des précautions doivent être prises lors de leur utilisation, telles que les limites de tension d’entrée et les conditions de charge, il est donc important de vérifier les spécifications.