Prolonger la durée de vie d'un jeu de batteries ou d'une charge de batterie en ajoutant simplement des régulateurs de tension linéaires au circuit ? Augmenter la stabilité de la tension et réduire l'ondulation après un convertisseur d'impulsions sans pratiquement aucune diminution de l'efficacité de l'alimentation ? Ceci est réel si vous utilisez des stabilisateurs LDO micro-puissance modernes de STMicroelectronics avec une faible chute de tension de production.
Pendant longtemps, les développeurs d'équipements électroniques n'avaient accès qu'à des stabilisateurs classiques (par exemple, ou des stabilisateurs de la série 78xx/79xx) avec une chute minimale sur l'élément de commande de 0,8 V et plus. Cela était dû au fait qu'un transistor n-p-n était utilisé comme élément de régulation, connecté dans un circuit avec un collecteur commun. Afin d'ouvrir un tel transistor jusqu'à saturation, une source d'alimentation supplémentaire est nécessaire, dont la tension dépasse la tension d'entrée. Cependant, le développement de la technologie ne s'arrête pas et avec l'avènement de transistors à effet de champ à canal P puissants et compacts, ils ont également commencé à être utilisés dans les stabilisateurs de tension, y compris dans un circuit à source commune. Ce circuit permet, si nécessaire, d'ouvrir complètement le transistor, et la chute de tension aux bornes de sa jonction ne dépendra en réalité que de la résistance du canal et du courant de charge. C'est ainsi qu'est apparu le stabilisateur LDO (Low DropOut).
Il convient de prendre en compte que la chute minimale sur le canal d'un transistor stabilisateur LDO dépend de manière presque linéaire du courant qui le traverse, puisque le canal est en fait une résistance réglable électriquement avec une certaine résistance minimale. Par conséquent, lorsque le courant de sortie diminue, cette tension diminue également proportionnellement jusqu'à une certaine limite, généralement égale à 10...50 mV. Les leaders doivent être reconnus comme des microcircuits et dont la chute de tension minimale n'est que de 0,4 mV. Si la chute de tension est l'une des exigences clés d'un stabilisateur, vous devriez alors examiner de plus près les stabilisateurs avec une grande réserve de courant, car en raison de la résistance plus faible du canal du transistor de commande, ils peuvent en même temps avoir une chute de tension beaucoup plus faible. courant de charge.
La caractéristique unique du LDO est sa capacité à stabiliser la tension, à atténuer les surtensions et à réduire le bruit sur le bus d'alimentation pour les appareils très sensibles tels que les radios, les modules GPS, les appareils audio, les CAN haute résolution, les générateurs VCO, avec pratiquement aucune détérioration du efficacité globale de l’alimentation. Par exemple, pour alimenter un circuit de 3,3 V, nous avons choisi un LDO avec une chute minimale de 150 mV et un régulateur abaisseur avec une sortie d'ondulation de 50 mV (courbe supérieure de la figure 1). La tension de sortie d'un régulateur à découpage peut être estimée approximativement à l'aide de la formule :
U Imp ≥ U Charge + U Chute + 1/2∆U Impulsion + 100…200 mV,
où U Imp est la tension de sortie du stabilisateur d'impulsions, U Load. – tension de sortie du stabilisateur linéaire (tension d'alimentation de charge), ∆U Imp – amplitude de l'ondulation de tension à la sortie du stabilisateur d'impulsions. Par conséquent, nous le choisissons égal à 3,6 V. En conséquence, le rendement ne se détériorera que de 8 %, cependant, l'ondulation de tension diminuera considérablement. Le taux de suppression d'ondulation de la tension d'alimentation (SVR) est déterminé par la formule :
SVR = 20Log*(∆U IN /∆U OUT)
Avec un coefficient typique d'environ 50 dB, l'ondulation est atténuée d'environ 330 fois. C'est-à-dire que l'amplitude d'ondulation à la sortie de notre alimentation diminuera jusqu'à des centaines de microvolts (nous devons également prendre en compte le bruit du LDO lui-même, généralement des dizaines de μV/V) - ce résultat est pratiquement inaccessible pour la plupart des convertisseurs d'impulsions sans stabilisateur supplémentaire ni filtres LC à plusieurs étages en sortie. Les meilleures caractéristiques de stabilisation sont fournies par les microcircuits et les microcircuits de la série LD39xxx - le bruit ne dépasse pas 10 µV/V et le coefficient SVR atteint 90 dB.
Cependant, les LDO présentent également des inconvénients, dont l'un est leur tendance à s'auto-exciter, non seulement lorsque l'ESR du condensateur de sortie est trop grand (ou sa capacité est trop petite), mais également lorsque l'ESR est trop faible. Cette caractéristique est due au fait qu'une cascade avec un émetteur commun (source commune) a une impédance de sortie élevée, donc un pôle basse fréquence supplémentaire apparaît sur la réponse en fréquence du stabilisateur (sa fréquence dépend de la résistance de charge et de la capacité du condensateur de sortie). En conséquence, déjà à des fréquences de plusieurs dizaines de kilohertz, le déphasage peut dépasser 180° et la rétroaction négative se transforme en positive. Pour résoudre ce problème, vous devez ajouter un zéro à la réponse en fréquence, et le moyen le plus simple de le faire est d'augmenter la résistance série (ESR) du condensateur de sortie : cela n'augmente pratiquement pas l'ondulation de la tension de sortie, mais c'est la clé à la stabilité de l'ensemble du circuit. De plus, la capacité et l'ESR du condensateur doivent être dans des limites strictement définies. Ils sont spécifiés individuellement pour chaque stabilisateur LDO. Hélas, l'approche standard « plus la capacité est grande et plus l'ESR des condensateurs de sortie est faible, mieux c'est », applicable aux stabilisateurs linéaires et à commutation classiques, ne fonctionne pas ici.
Selon les composants du circuit de correction interne, les stabilisateurs LDO peuvent être divisés en trois groupes :
- des stabilisateurs conçus pour fonctionner avec des condensateurs au tantale ou électrolytiques - ils nécessitent un condensateur avec un ESR de 0,5...10 Ohms ou plus ;
- des stabilisateurs conçus pour fonctionner avec des condensateurs au tantale (ESR 0,3...5 Ohm) ;
- stabilisateurs conçus pour fonctionner avec des condensateurs céramiques - ils maintiennent la stabilité lorsque l'ESR du condensateur de sortie est de 0,005 à 1 Ohm.
Pour les circuits numériques haute fréquence et/ou courant élevé, il est recommandé d'installer des condensateurs céramiques filtrants d'une capacité de 0,1 ... 1 μF à proximité de chaque puce, et ils peuvent également perturber la stabilité du stabilisateur LDO. Pour éviter que cela ne se produise, il est recommandé d'augmenter la longueur et de réduire l'épaisseur des pistes du stabilisateur à la charge (augmentant ainsi l'inductance des pistes), d'installer des selfs ou des résistances dans le circuit d'alimentation, et également de choisir LDO les stabilisateurs compensaient les faibles charges ESR.
Il existe un autre moyen d'augmenter la stabilité du convertisseur : utiliser un transistor à canal N connecté dans un circuit avec un drain commun comme régulateur. Ce circuit est stable avec presque toutes les caractéristiques du condensateur de sortie, et même sans condensateur du tout (stabilisateurs dits sans capuchon). Cependant, pour son bon fonctionnement, un multiplicateur de tension interne est nécessaire, qui augmentera la tension d'entrée pour permettre au transistor de commande de s'allumer jusqu'à saturation. Il a été fabriqué selon ce schéma - grâce à la résistance de canal inférieure des transistors à canal N de la même zone, il a été possible de réduire considérablement la chute de tension, cependant, grâce au multiplicateur fonctionnant en permanence, le courant consommé par le microcircuit dans le mode actif a fortement augmenté. Mais, selon l'auteur, de tels stabilisateurs sont l'avenir du LDO, donc le problème de l'augmentation de la consommation d'énergie sera probablement bientôt résolu.
En raison de la capacité de grille importante, la capacité du transistor à répondre rapidement aux changements brusques du courant de charge se détériore. En conséquence, lorsque le courant de charge diminue, la tension de sortie du stabilisateur augmente par inertie (jusqu'à ce que l'amplificateur opérationnel intégré puisse légèrement désactiver le transistor), et lorsque le courant augmente, la tension de sortie s'affaisse légèrement (courbe inférieure dans Figure 1). La capacité de charge du stabilisateur peut être augmentée en augmentant la puissance de sortie de l'amplificateur opérationnel intégré, mais cela augmentera par la suite le courant consommé par le stabilisateur. Par conséquent, le concepteur doit choisir : soit utiliser des stabilisateurs de très faible consommation dans le circuit (par exemple, en série ou avec une consommation de courant en unités de microampères, mais avec une inertie très élevée et de fortes chutes de tension avec des changements brusques du courant de charge) , ou des stabilisateurs à moyenne et haute vitesse, mais avec une consommation allant jusqu'à des centaines de microampères. En alternative, il existe des stabilisateurs avec des modes d'économie d'énergie (par exemple), qui, lorsque le courant de charge diminue, passent automatiquement en mode micro-puissance. De nombreux microcontrôleurs modernes fonctionnent de la même manière (par exemple, les familles STM8 et STM32) - ces derniers disposent de deux stabilisateurs LDO intégrés, dont l'un fonctionne en mode micropuissance et le second en mode actif, ce qui garantit une efficacité énergétique élevée dans tous les modes de fonctionnement et sur toute la plage de tension.
Tous les stabilisateurs discutés dans cet article nécessitent un minimum de composants externes pour leur fonctionnement - seulement deux condensateurs et un condensateur d'entrée d'une capacité d'au moins 1 μF sont requis pour la plupart des microcircuits, et uniquement pour les versions réglables, un diviseur de deux résistances est également requis (Figure 2). Tous les microcircuits sont protégés contre les surcharges et la surchauffe et sont capables de fonctionner dans la plage de température de -40...125°C. De nombreux microcircuits disposent d'une entrée Enable : la consommation de courant en mode « Off » ne dépasse généralement pas quelques... centaines de nanoampères. Les principales caractéristiques électriques des stabilisateurs sont présentées dans le tableau 1.
Tableau 1. Caractéristiques électriques de base des stabilisateurs ST LDO
| Nom | Saisir tension, V |
Jour de congé tension, V |
Sortie courant, mA |
Une chute tension¹, mV |
Requis courant (min), µA | SVR², dB | Bruit de sortie³, μVRMS/V | Activer/Alimenter correctement | Spécifications recommandées sortie condensateur |
Cadre | |
| Capacité, uF | ESR, Ohm | ||||||||||
| 2,5…6 | 1,22; 1,8; 2,5; 2,6; 2,7; 2,8; 2,9; 3,0; 3,3; 4,7 | 150 | 0,4…60 | 85 | 50 | 30 | +/- | 1…22 | 0,005…5 | SOT23-5L, TSOT23-5L, CSP (1,57 × 1,22 mm) | |
| 2,5…6 | 1,5; 1,8; 2,5; 2,8; 3,0; 3,3; 5,0 | 300 | 0,4…150 | 85 | 50 | 30 | +/- | 2,2…22 | 0,005…5 | SOT23-5L, DFN6 (3 × 3 mm) | |
| 1,5…5,5 | 0,8; 1,0; 1,2; 1,25; 1,5; 1,8; 2,5; 3,3 | 150 | jusqu'à 80 | 18 | 62 | 29 | +/- | 0,33…22 | 0,15…2 | SOT23-5L, SOT666, CSP (1,1 × 1,1 mm) | |
| 2,4…5,5 | 0,8; 1,2; 1,5; 1,8; 2,5; 3,0; 3,3 | 150 | jusqu'à 150 | 31 | 76 | 20 | +/- | 0,33…22 | 0,05…8 | SOT323-5L | |
| 1,5…5,5 | 0,8…5,0 | 200 | jusqu'à 200 | 20 | 65 | 45 | +/- | 0,22…22 | 0,05…0,9 | DFN4 (1 × 1 mm) | |
| 1,5…5,5 | 1,0; 1,2; 1,4; 1,5; 1,8; 2,5; 2,8; 3,0; 3,3 | 150 | 80 (100 mA) | 20 | 67 | 30 | +/- | 1…22 | 0,1…1,8 | CSP4 (0,8 × 0,8 mm) | |
| 1,5…5,5 | 1,0 ; 1.2 ; 1,8 ; 2,5 ; 2,9 ; 3,0 ; 3.3 ; 4.1 ; Adj | 300 | jusqu'à 300 | 55 (1) | 65 (48) | 38 (100) | +/- | 0,33…22 | 0,1…4 | CSP4 (0,69 x 0,69 mm)/DFN6 (1,2 x 1,3 mm) | |
| 1,5…5,5 | 2,5 ; 3.3 ; Adj | 500 | jusqu'à 200 | 20 | 62 | 30 | +/+ | 1…22 | 0,05…0,8 | DFN6 (3 × 3 mm) | |
| 1,5…5,5 | 1.2 ; 2,5 ; 3.3 ; Adj | 1000 | jusqu'à 200 | 20 | 65 | 85 | +/+ | 1…22 | 0,05…0,15 | DFN6 (3 × 3 mm) | |
| 1,25…6,0 | 3.3 ; Adj | 2000 | jusqu'à 135 | 100 | 50 | 24 | +/+ | 1…22 | 0,05…1,2 | DFN6 (3×3 mm), DFN8 (4×4 mm) | |
| 1,9…5,5 | 0,8 ; 1,0 ; 1.1 ; 1.2 ; 1,5 ; 1,8 ; 2,5 ; 2,8 ; 2,9 ; 3,0 ; 3.1 ; 3.2 ; 3.3 ; 3,5 ; Adj | 200 | jusqu'à 150 | 30 | 55 | 51 | +/- | 1…22 | 0…10 | ||
| 1,9…5,5 | 0,8 ; 1.1 ; 1.2 ; 1,5 ; 1,8 ; 2,5 ; 2,9 ; 3,0 ; 3.2 ; 3.3 ; Adj | 300 | jusqu'à 200 | 30 | 55 | 51 | +/- | 1…22 | 0…10 | SOT23-5L, SOT323-5L, DFN6 (1,2 × 1,3 mm) | |
| 2,5…13,2 | 1,2…1,8 ; 2,5…3,3 ; 3.6 ; 4,0 ; 4.2 ; 5,0 ; 6,0 ; 8,5 ; 9,0 ; Adj | 200 | jusqu'à 200 | 40 | 45 | 20 | +/- | 1…22 | 0,05…0,9 | SOT23-5L, SOT323-5L, DFN6 (1,2 × 1,3 mm) | |
| 2,1…5,5 | 1,0; 1,2; 1,5; 1,8; 2,5; 2,8; 3,0; 3,3 | 150 | jusqu'à 86 | 17 | 89 | 6,3…9,9 | +/- | 0,33…10 | 0,05…0,6 | DFN6 (2 × 2 mm) | |
| 1,8…5,5 | 3.3 ; Adj | 150 | jusqu'à 70 | 120 | 51 | 40 | +/- | N'importe lequel | N'importe lequel | SOT23-5L | |
| 2,3…12 | 1,8 ; 2,5 ; 3.3 ; 5,0 ; Adj | 50 | jusqu'à 350 | 3 | 30 | 560 | -/- | 0,22…4,7 | 0…10 | SOT323-5L | |
| 1,5…5,5 | 1,2; 1,5; 1,8; 2,5; 2,8; 3,0; 3,1; 3,3 | 150 | jusqu'à 112 | 1 | 30 | 75 | +/- | 0,47…10 | 0,056…6 | SOT666 | |
| 2,5…24 | 2,5 ; 3.3 ; Adj | 85 | jusqu'à 500 | 4,15 | 45 | 95 | -/- | 0,47…1 | 0…1,5 | SOT23-5L, SOT323-5L, DFN8 (3 × 3 mm) | |
Remarques:
- au courant de sortie maximum ;
- à une fréquence de 10 kHz ;
- dans la gamme de fréquences de 10 Hz à 100 kHz ;
- Les valeurs du mode Vert sont indiquées entre parenthèses.
Stabilisateurs LDO micropuissance
Comme on le sait, dans de nombreux circuits avec une large plage de tensions d'alimentation, la consommation de courant augmente à mesure que la tension augmente. Par conséquent, pour augmenter la durée de vie du jeu de batteries, la tension doit être stabilisée au niveau minimum acceptable, auquel le le fonctionnement du circuit n'est pas perturbé. Cependant, nous devons prendre en compte la consommation actuelle du LDO lui-même - elle devrait être bien inférieure à la différence que nous essayons d'économiser. Nous devons également prendre en compte la chute de tension minimale sur le stabilisateur, car plus elle est élevée, plus vite nos batteries s'épuiseront. Et s'il y a 20 ans les développeurs n'avaient accès qu'aux microcircuits de la famille KREN avec une consommation de courant typique supérieure à 3 mA, le choix est désormais beaucoup plus large.
Pour un fonctionnement en mode micro-puissance, un stabilisateur unique avec une consommation d'environ 1 µA (jusqu'à 2,4 µA au courant de charge maximum) et une chute de tension inférieure à 112 mV est le mieux adapté. Dans le même temps, sa tension de sortie sur toute la plage de fonctionnement ne change pas de plus de 3...5 %. Le circuit stabilisateur est le plus simple (Figure 3), sans aucune option supplémentaire. Consommation d'énergie légèrement plus élevée. Ce microcircuit est capable de fonctionner à des tensions d'entrée jusqu'à 12 V. A, avec une consommation de courant de 4,5 μA et un coût relativement faible, il peut supporter des tensions d'entrée jusqu'à 26 V. Les microcircuits sont fabriqués dans des boîtiers de taille moyenne et sont idéal pour les appareils alimentés par batterie - avec une charge de courant ne dépassant pas quelques microampères, même une petite pile CR2032 dans un appareil fonctionnera pendant des décennies !
Champ d'application
- Alimenter les circuits à partir d'une batterie
- Téléphones portables
- Ordinateurs portables et PDA
- Lecteurs de codes-barres
- Electronique automobile
- Modules DC-DC
- Tension de référence de l'appareil
- Alimentations linéaires basse tension
Deuxième version du schéma
Ce circuit est une alimentation régulée à faible chute avec une très faible chute de tension à ses bornes. Bien entendu, il existe de nombreuses autres conceptions d'alimentations régulées, mais la puce MIC2941 présente de nombreux avantages.
Selon le mode de fonctionnement, la chute n'est que de 40 à 400 mV (à comparer avec 1,25 à 2 V sur le LM317). Cela signifie que vous pouvez utiliser une plage plus large de tensions de sortie (y compris la mise en forme du standard 3,3 V de certains circuits numériques à partir d'une tension tout aussi faible de 3,7 V (comme une batterie 3 AA ou lithium-ion). Notez que les circuits intégrés de la série MIC2940 fonctionnent avec un tension de sortie fixe, tandis que le MIC2941 peut être ajusté en continu.
Tableau de tension MIC294x
Capacités du circuit sur MIC2941
- Protection contre les courts-circuits et la surchauffe.
- Diode d'entrée pour protéger le circuit de la tension négative ou du courant alternatif.
- Deux voyants LED pour haute et basse tension.
- Commutateur de sortie pour sélectionner 3,3 V ou 5 V.
- Il y a un potentiomètre sur la carte pour ajuster la tension de 1,25 V à la tension d'entrée maximale (20 V max).
- Haute précision du maintien de la tension de sortie
- Courant de sortie garanti 1,25 A.
- Coefficient de température très faible
- L'entrée du microcircuit peut supporter de -20 à +60 V.
- Commutateur électronique à commande logique.
- Et bien sûr, une faible chute de tension - à partir de 40 mV.
Sur la base de puissants transistors à effet de champ de commutation, des régulateurs de tension linéaires peuvent être construits. Un dispositif similaire a été décrit précédemment dans. En modifiant légèrement le schéma, comme le montre la Fig. 1, il est possible d'améliorer les paramètres du stabilisateur décrit en réduisant considérablement (5...6 fois) la chute de tension aux bornes de l'élément de commande, qui est le transistor IRL2505L. Il présente une très faible résistance de canal à l'état ouvert (0,008 Ohm), fournit un courant allant jusqu'à 74 A à une température de boîtier de 100 °C et se caractérise par une caractéristique de pente élevée (59 A/V). Pour le contrôler, une petite tension de grille (2,5...3 V) est nécessaire. La tension drain-source maximale est de 55 V, la tension grille-source est de ±16 V, la puissance dissipée par le transistor peut atteindre 200 W.
Comme les stabilisateurs de microcircuits modernes, le module proposé comporte trois broches : 1 - entrée, 2 - commun, 3 - sortie. Le microcircuit DA1 est utilisé comme élément de commande - un stabilisateur de tension parallèle KR142EN19 (TL431). Le transistor VT1 sert d'élément d'adaptation et la diode Zener VD1 fournit une tension stable pour son circuit de base. La valeur de la tension de sortie peut être calculée à l'aide de la formule
Usortie=2,5(1+R5/R6). 
La tension de sortie est ajustée en modifiant la résistance de la résistance R6. Les condensateurs assurent un fonctionnement stable du stabilisateur. L'appareil fonctionne comme suit. À mesure que la tension de sortie augmente, la tension à l'entrée de commande du microcircuit DA1 augmente, ce qui entraîne une augmentation du courant qui le traverse. La tension aux bornes de la résistance R2 augmente et le courant traversant le transistor VT1 diminue. En conséquence, la tension grille-source du transistor VT2 diminue, ce qui entraîne une augmentation de la résistance de son canal. Par conséquent, la tension de sortie diminue et revient à sa valeur précédente. 
Le transistor à effet de champ régulateur VT2 est connecté au fil négatif et la tension de commande lui est fournie par le fil positif. Grâce à cette solution, le stabilisateur est capable de fournir un courant de charge de 20...30 A, tandis que la tension d'entrée ne peut être supérieure que de 0,5 V à la tension de sortie. Si vous envisagez d'utiliser le module avec une tension d'entrée supérieure à 16 V, le transistor VT2 doit être protégé contre les claquages à l'aide d'une diode Zener de faible puissance avec une tension de stabilisation de 10...12 V, dont la cathode est connectée à la porte et l'anode à la source.
L'appareil peut utiliser n'importe quel transistor à effet de champ à canal N (VT2), adapté au courant et à la tension de la liste donnée, de préférence surligné en jaune. VT1 - KT502, KT3108, KT361 avec n'importe quelle lettre index. Le microcircuit KR142EN19 (DA1) peut être remplacé par TL431. Condensateurs - K10-17, résistances - R1-4, MLT, S2-33.
Le schéma de connexion du module stabilisateur est illustré à la Fig. 2.
Avec un courant de charge important, le transistor VT2 dissipe beaucoup de puissance, un dissipateur thermique efficace est donc nécessaire. Les transistors de cette série avec les lettres index L et S sont installés sur le dissipateur thermique par soudure. Dans la version de l’auteur, le boîtier d’un transistor défectueux KT912, KP904 est utilisé comme dissipateur thermique et en même temps comme structure de support. Ce boîtier a été démonté, sa partie supérieure a été retirée de sorte qu'il reste une rondelle en céramique plaquée or avec un cristal de transistor et des câbles d'écartement. Le cristal est soigneusement retiré, le revêtement est étamé, après quoi le transistor VT2 y est soudé. Un circuit imprimé en fibre de verre double face est soudé au revêtement de la rondelle et aux bornes du transistor VT2 (Fig. 3). Le film au dos de la carte est entièrement conservé et relié à la métallisation de la rondelle (drain du transistor VT2).Après mise en place et vérification du module stabilisateur, la carte est collée au boîtier. Les broches 1 et 2 sont des plots sur la carte de circuit imprimé et la broche 3 (drain du transistor VT2) est un support en métal sur une rondelle en céramique. 
Si vous utilisez des pièces pour montage en surface : microcircuit TL431CD (Fig. 4), transistor VT1 KT3129A-9, transistor VT2 IRLR2905S, résistances P1-12, alors certaines d'entre elles peuvent être placées sur une carte de circuit imprimé, et l'autre partie peut être monté directement sur la rondelle céramique du boîtier . L'apparence de l'appareil assemblé est illustrée à la Fig. 5. Le module régulateur de tension n'a pas de connexion galvanique avec la base (vis) du boîtier, il peut donc être placé directement sur le dissipateur thermique, même s'il est connecté au fil commun de l'appareil alimenté. 
Il est également permis d'utiliser le boîtier des transistors défectueux des séries KT825, KT827. Dans un tel boîtier, les cristaux du transistor ne sont pas fixés sur une céramique, mais sur une rondelle métallique. C'est à celui-ci que est soudé le transistor VT2, après avoir préalablement retiré le cristal. Les pièces restantes sont installées de la même manière. Le drain du transistor VT2 dans ce cas est connecté au boîtier, le module peut donc être installé directement sur un dissipateur thermique connecté au fil négatif de l'alimentation de la charge.
La mise en place de l'appareil revient à régler la tension de sortie requise avec la résistance d'ajustement R6 et à vérifier l'absence d'auto-excitation sur toute la plage de courant de sortie. Si cela se produit, il faut l’éliminer en augmentant la capacité des condensateurs.
LITTÉRATURE
1. Puissants transistors de commutation à effet de champ d'International Rectifier. - Radio, 2001, n°5, p. 45.
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I. NECHAYEV, Koursk
« Radio » n°2 2005
Tous les équipements radioélectroniques modernes sont construits sur des éléments sensibles à l'alimentation électrique. Non seulement le bon fonctionnement, mais aussi les performances des circuits dans leur ensemble en dépendent. Par conséquent, tout d’abord, les appareils électroniques sont équipés de stabilisateurs fixes à faible chute de tension. Ils se présentent sous la forme de circuits intégrés, produits par de nombreux fabricants à travers le monde.
Qu'est-ce qu'un stabilisateur de tension à faible chute ?
Un stabilisateur de tension (SV) est compris comme un dispositif dont la tâche principale est de maintenir la tension de charge à un certain niveau constant. Tout stabilisateur a une certaine précision de sortie des paramètres, qui est déterminée par le type de circuit et les composants qu'il contient.
En interne, le SN ressemble à un système fermé, dans lequel, en mode automatique, la tension de sortie est ajustée proportionnellement à la tension de référence (référence), générée par une source spéciale. Ce type de stabilisateur est dit compensatoire. L'élément de régulation (RE) dans ce cas est un transistor - un transistor bipolaire ou à effet de champ.
L'élément de régulation de tension peut fonctionner selon deux modes différents (déterminés par le schéma de conception) :
- actif;
- clé
Le premier mode implique un fonctionnement continu du RE, le second - un fonctionnement en mode pulsé.
Où utilise-t-on un stabilisateur fixe ?
Les équipements électroniques de la génération moderne se caractérisent par une mobilité à l'échelle mondiale. Les systèmes d'alimentation des appareils sont basés sur l'utilisation de sources de courant principalement chimiques. La tâche des développeurs dans ce cas est d'obtenir des stabilisateurs avec de petits paramètres globaux et le moins de perte d'électricité possible.
Les SV modernes sont utilisés dans les systèmes suivants :
- communications mobiles;
- ordinateurs portables;
- alimentations pour microcontrôleurs;
- caméras de sécurité fonctionnant de manière autonome ;
- systèmes de sécurité et capteurs autonomes.
Pour résoudre les problèmes d'alimentation de l'électronique stationnaire, des stabilisateurs de tension à faible chute de tension dans un boîtier à trois bornes de type KT (KT-26, KT-28-2, etc.) sont utilisés. Ils permettent de créer des circuits simples :
- chargeurs;
- alimentations pour équipements électroménagers;
- instrument de mesure;
- systèmes de communication;
- équipement spécial.
Quels sont les types de SN de type fixe ?
Tous les stabilisateurs intégraux (qui incluent également les fixes) sont divisés en deux groupes principaux :
- Stabilisateurs avec une faible chute de tension minimale de conception hybride (GISN).
- Microcircuits semi-conducteurs (SIC).
Les SN du premier groupe sont réalisés sur des circuits intégrés et des éléments semi-conducteurs de type non conditionné. Tous les composants du circuit sont placés sur un substrat diélectrique, où des conducteurs de connexion et des résistances, ainsi que des éléments discrets - résistances variables, condensateurs, etc., sont ajoutés en appliquant des films épais ou minces.
Structurellement, les microcircuits sont des dispositifs complets dont la tension de sortie est fixe. Il s'agit généralement de stabilisateurs avec une faible chute de tension de 5 volts et jusqu'à 15 V. Les systèmes plus puissants sont construits sur de puissants transistors non emballés et un circuit de commande à base de film (faible consommation). Le circuit peut transporter des courants jusqu'à 5 ampères.
Les microcircuits ISN sont réalisés sur une seule puce, c'est pourquoi ils sont de petite taille et de petit poids. Par rapport aux microcircuits précédents, ils sont plus fiables et moins chers à fabriquer, bien qu'ils soient inférieurs en paramètres à ceux du GISN.
Les SN linéaires à trois bornes sont appelés ISN. Si l'on prend la série L78 ou L79 (pour les tensions positives et négatives), alors elles sont divisées en microcircuits avec :
- Faible courant de sortie d'environ 0,1 A (L78L**).
- La valeur moyenne du courant est d'environ 0,5 A (L78M**).
- Courant élevé jusqu'à 1,5 A (L78).
Principe de fonctionnement d'un régulateur linéaire à faible chute de tension
Une structure stabilisatrice typique se compose de :
- Source de tension de référence.
- Convertisseur de signal d'erreur (amplificateur).
- Un diviseur de signal et un élément régulateur, montés sur deux résistances.
Puisque la tension de sortie dépend directement des résistances R1 et R2, ces dernières sont intégrées au microcircuit et un CH avec une tension de sortie fixe est obtenu.
Le fonctionnement d'un régulateur de tension à faible chute est basé sur le processus de comparaison de la tension de référence avec celle fournie à la sortie. Selon le niveau d'écart entre ces deux indicateurs, l'amplificateur d'erreur agit sur la grille du transistor de puissance en sortie, recouvrant ou ouvrant sa jonction. Ainsi, le niveau réel d'électricité à la sortie du stabilisateur différera peu du niveau nominal déclaré.
Le circuit contient également des capteurs de protection contre les surchauffes et les courants de surcharge. Sous l'influence de ces capteurs, le canal du transistor de sortie est complètement bloqué et le courant cesse de passer. En mode arrêt, le microcircuit ne consomme que 50 microampères.
Circuits de connexion du stabilisateur de chute de basse tension
Une puce stabilisatrice intégrée est pratique car elle contient tous les éléments nécessaires. Son installation sur la carte nécessite uniquement l'inclusion de condensateurs de filtrage. Ces derniers sont conçus pour éliminer les interférences provenant de la source de courant et de la charge, comme le montre la figure.
Concernant la série 78xx SN et l'utilisation de condensateurs de dérivation d'entrée et de sortie au tantale ou en céramique, la capacité de ces derniers doit être comprise dans la plage allant jusqu'à 2 µF (entrée) et 1 µF (sortie) pour toutes les valeurs de tension et de courant admissibles. Si vous utilisez des condensateurs en aluminium, leur valeur nominale ne doit pas être inférieure à 10 μF. Les éléments doivent être connectés le plus près possible des broches du microcircuit.
Dans le cas où un stabilisateur de tension avec une faible chute de tension de la valeur nominale requise n'est pas disponible, vous pouvez augmenter la valeur nominale de la MT d'une valeur inférieure à une valeur supérieure. En augmentant le niveau d'électricité au niveau de la borne commune, on parvient à l'augmenter du même montant au niveau de la charge, comme indiqué sur le schéma.
Avantages et inconvénients des stabilisateurs linéaires et à commutation
Les circuits continus continus (CI) présentent les avantages suivants :
- Mis en œuvre dans un petit emballage, ce qui leur permet d'être placés efficacement sur l'espace de travail du circuit imprimé.
- Ne nécessite pas l'installation d'éléments de contrôle supplémentaires.
- Fournit une bonne stabilisation du paramètre de sortie.
Les inconvénients incluent un faible rendement, ne dépassant pas 60 %, associé à la chute de tension aux bornes de l'élément de commande intégré. Si la puissance du microcircuit est élevée, il est nécessaire d'utiliser un radiateur de refroidissement des puces.
Ceux qui présentent une faible chute de tension aux bornes du champ, dont le rendement est d'environ 85 %, sont considérés comme plus productifs. Ceci est réalisé grâce au mode de fonctionnement de l'élément de commande, dans lequel le courant le traverse par impulsions.
Les inconvénients du circuit MT pulsé comprennent :
- Complexité de l'exécution schématique.
- Présence d'interférences pulsées.
- Faible stabilité du paramètre de sortie.
Certains circuits utilisant un régulateur de tension linéaire
En plus de l'utilisation prévue des microcircuits comme SN, il est possible d'élargir le champ d'application de leur application. Certaines variantes de tels circuits sont basées sur le circuit intégré L7805.
Allumer les stabilisateurs en mode parallèle
Pour augmenter le courant de charge, les MT sont connectées en parallèle les unes aux autres. Pour assurer la fonctionnalité d'un tel circuit, une résistance supplémentaire de petite valeur est installée entre la charge et la sortie du stabilisateur.
Stabilisateur de courant basé sur MV
Certaines charges doivent être alimentées avec un courant continu (stable), par exemple une chaîne de LED.
Schéma de circuit pour réguler la vitesse du ventilateur dans un ordinateur
Ce type de régulateur est conçu de telle manière que lors de sa mise sous tension initiale, tous les 12 V sont fournis au refroidisseur (pour sa mise en rotation). Ensuite, une fois la charge du condensateur C1 terminée, la résistance variable R2 peut être utilisée pour réguler la valeur de la tension.
Conclusion
Lors de l'assemblage de vos propres mains d'un circuit utilisant un stabilisateur de tension avec une faible chute de tension, il est important de considérer que certains types de microcircuits (construits sur des transistors à effet de champ) ne peuvent pas être soudés avec un fer à souder classique directement à partir d'un réseau 220 V. sans étayer le dossier. Leur électricité statique peut endommager l'élément électronique !
L'une des propriétés les plus importantes des stabilisateurs de puissance est la tension la plus basse admissible entre la sortie et l'entrée du stabilisateur au courant de charge le plus élevé. Il fournit des informations à quelle plus petite différence de tension les paramètres de l'appareil se trouvent dans des conditions normales.
Une façon d'augmenter l'efficacité du réglage linéaire consiste à réduire la chute de tension de l'élément de réglage à la valeur la plus basse possible. Ceci est particulièrement important pour les régulateurs miniatures, où chaque chute de 50 millivolts est convertie en plusieurs centaines de milliwatts de chaleur avec une dissipation complexe dans le boîtier du petit appareil.
Par conséquent, pour connecter de tels circuits, de nombreuses entreprises proposent aux concepteurs des microcircuits avec une faible chute allant jusqu'à 100 millivolts. Le microcircuit ST 1L 08 présente de bons paramètres avec une charge de courant allant jusqu'à 0,8 A, la plus petite chute sur le transistor est d'environ 70 millivolts.
Parmi les stabilisateurs d'usine, on peut noter ceux dans lesquels, lorsque le courant de charge est réduit à la valeur la plus basse, la chute est réduite à 0,4 millivolts. Pour réduire le bruit, ces microcircuits sont équipés d'un amplificateur tampon auxiliaire avec une borne permettant de connecter un filtre externe d'une capacité allant jusqu'à 0,01 μF. Les exigences minimales sont imposées à un tel filtre : la valeur de capacité doit être comprise entre 2,2 et 22 μF.
Une attention particulière doit être portée au microcircuit LD CL 015. Avec de bonnes propriétés et une faible chute de tension, c'est l'un des stabilisateurs qui fonctionnent sans filtre condensateur. Ceci est réalisé par un circuit amplificateur opérationnel avec une marge de phase. Cependant, pour améliorer les paramètres et réduire le bruit en sortie, il est conseillé d'installer des capacités d'environ 0,1 µF en sortie et en entrée de l'appareil.
Appareil avec une chute à 0,05 volts
Lors de la connexion de divers équipements à partir de batteries, il est le plus souvent nécessaire d'égaliser la tension et la consommation de courant. Par exemple, pour former un lecteur vidéo laser ou une lampe de poche LED. Pour résoudre ce problème, plusieurs microcircuits sous forme de drivers ont déjà été conçus en production. Il s'agit d'un convertisseur de tension basse tension avec un stabilisateur interne. Un nouveau développement est le microcircuit LT 130 8A.
Sans réduire les avantages de tels pilotes, il convient de noter qu'il n'existe pas de tels microcircuits dans une grande ville régionale. Peut être commandé à un prix élevé, environ 10 euros. Par conséquent, il existe un circuit d'appareil bon marché, simple et efficace provenant d'un magazine radio.
Le coefficient de stabilisation d'un tel appareil est de 10 000. La tension de sortie est ajustée avec une résistance de 2,4 kilomètres de 2 à 8 volts. Lorsque la puissance d'entrée est inférieure à la puissance de sortie, le transistor d'accord est ouvert et la chute de puissance est égale à plusieurs mV. Si la tension d'entrée est supérieure à la tension de sortie, alors au niveau de la diode Zener, elle est égale à 0,05 volt. Cela devient possible avec des piles AA. Même en modifiant le courant de charge dans la plage de 0 à 0,5 ampère, la tension de sortie ne changera que de 1 mV.
Pour un stabilisateur aussi simple, la planche n'a pas besoin d'être gravée, mais peut être découpée avec un couteau spécial. Il est fabriqué à partir de lames de fer cassées et affûtées sur une meule. La poignée est ensuite enveloppée pour faciliter son utilisation.
Avec ce cutter, vous pouvez gratter des traces sur une planche de cuivre.
Nous nettoyons la planche avec du papier de verre, l'étamons, soudons les pièces et tout est prêt.
Les photographies montrent qu'il n'est pas nécessaire de graver ou de percer la planche.
Cette méthode est toujours utilisée pour réaliser de petits circuits simples. Il n'est pas nécessaire d'équiper un transistor puissant d'un radiateur de refroidissement. En raison de la faible chute de tension, il ne chauffe pas. Lors de la configuration, assurez-vous de connecter une charge faible à la sortie.
Égaliseur de puissance à faible décrochage
La propriété la plus importante est un stabilisateur avec une faible chute de puissance, tout comme sur les microcircuits, la différence la plus faible admissible entre les potentiels de sortie et d'entrée à la charge de courant la plus élevée. Il détermine à quelle différence de tension minimale entre la sortie et l'entrée toutes les propriétés de l'appareil sont normales.
- Pour les stabilisateurs les plus courants fabriqués sur les microcircuits de la série M78, la tension la plus basse autorisée est de 2 volts à un courant de 1 ampère.
- Un dispositif sur un microcircuit avec une tension minimale en entrée doit produire une tension de 7 volts en sortie. Lorsque l'amplitude des impulsions à la sortie de l'appareil atteint 1 volt, la tension d'entrée minimale passe à 8 volts.
- Compte tenu de l'instabilité de la tension du réseau de l'ordre de 10 %, elle passe à 8,8 volts.
De ce fait, le rendement de l'appareil ne dépassera pas 57% ; avec un courant de sortie important, le microcircuit deviendra très chaud.
Application de copeaux à faible chute
Un bon moyen de sortir de cette situation est d'utiliser des assemblages tels que le KR 1158 EH, ou le LM 10 84.
Le fonctionnement de l'appareil sur un microcircuit est le suivant :
- Des valeurs de basse tension peuvent être obtenues en utilisant un puissant interrupteur de terrain pour le réglage.
- Le transistor fonctionne sur la ligne positive.
- L'utilisation d'un stabilisateur à canal N est suggérée sur la base de tests : de tels semi-conducteurs ne sont pas sujets à l'auto-excitation.
- La résistance en circuit ouvert est inférieure à celle du canal P.
- Le transistor est contrôlé par un stabilisateur parallèle.
- Pour ouvrir le transistor à effet de champ, la tension de grille est ajustée à 2,5 volts au-dessus de la source.
Une telle source auxiliaire est nécessaire si sa tension de sortie est supérieure de cette valeur à la tension de drain du transistor à effet de champ.
