Six questions fondamentales sur les régulateurs de tension

Le régulateur de tension automatique (RTA) produit une tension de sortie fixe d'amplitude prédéfinie, quelles que soient les variations de la tension d'entrée ou des conditions de charge.

Les régulateurs automatiques utilisent des transistors bipolaires (BJT) ou des transistors MOSFET (montés en série ou en parallèle) pilotés par un amplificateur différentiel à gain élevé. Ce dernier compare la tension de sortie à une source de tension de référence de précision et ajuste le transistor de puissance pour maintenir une tension de sortie constante.

Les régulateurs automatiques convertissent une tension d'entrée continue en une tension de commutation appliquée au transistor de puissance (MOSFET ou BJT). La tension de sortie filtrée de ce transistor est réinjectée dans un circuit qui contrôle ses temps de conduction et de blocage, afin de maintenir une tension de sortie constante, quelles que soient les variations de la tension d'entrée ou du courant de charge.

1. Quelles sont les topologies des régulateurs automatiques ?

Il existe trois topologies courantes : abaisseur (buck), élévateur (boost) et abaisseur/élévateur (buck/boost). Parmi les autres topologies, on trouve : flyback, SEPIC, Cuk, push-pull, forward, pont complet et demi-pont.

2. Comment la fréquence de commutation influence-t-elle la conception du régulateur ?

Des fréquences de commutation plus élevées permettent au régulateur d'utiliser des inductances et des condensateurs plus petits. Cela entraîne également des pertes de commutation plus importantes et un bruit de circuit accru.

3. Quelles sont les pertes dans un régulateur automatique ?

La puissance nécessaire à la commutation du MOSFET génère des pertes et est liée au circuit de commande de sa grille. De même, la commutation de l'état conducteur à l'état bloqué prend un certain temps, ce qui provoque une dissipation de puissance du MOSFET. De plus, l'énergie requise pour charger et décharger la capacité de grille du MOSFET entre la tension de seuil et la tension de grille engendre également des pertes.

4. Quelles sont les applications courantes des régulateurs automatiques ?

Pour des tensions d'entrée et de sortie données, la dissipation de puissance d'un régulateur automatique est proportionnelle au courant de sortie ; son rendement typique peut donc être de 50 % ou moins. En optimisant le dispositif, les régulateurs automatiques peuvent atteindre un rendement de 90 %. Cependant, le bruit de sortie d'un régulateur automatique est bien inférieur à celui d'un régulateur automatique présentant les mêmes exigences en matière de tension et de courant de sortie. En général, un régulateur automatique peut gérer des charges de courant plus élevées qu'un régulateur automatique.

5. Comment un régulateur automatique contrôle-t-il sa sortie ?

Un régulateur automatique doit pouvoir modifier sa tension de sortie en fonction des variations des tensions d'entrée et de sortie. Une solution consiste à utiliser la modulation de largeur d'impulsion (PWM) pour contrôler l'entrée de l'interrupteur de puissance associé, et ainsi contrôler son rapport cyclique. En fonctionnement, la tension de sortie filtrée du régulateur est renvoyée au contrôleur PWM pour contrôler le rapport cyclique. Si la tension de sortie filtrée varie, la rétroaction appliquée au contrôleur PWM modifie le rapport cyclique afin de maintenir une tension de sortie constante.

6. Quelles sont les spécifications de conception importantes pour les circuits intégrés régulateurs ?

Les paramètres de base comprennent la tension d'entrée, la tension de sortie et le courant de sortie. Selon l'application, d'autres paramètres peuvent également être importants, tels que l'ondulation de la tension de sortie, la réponse transitoire de la charge, le bruit de sortie et le rendement. Les paramètres importants pour les régulateurs automatiques incluent la tension de déchet, le taux de réjection de l'alimentation (PSRR) et le bruit de sortie.