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Dernière mise à jour : 15/04/2006Présentation
Cette rubrique permet de survoler quelques-unes des techniques existantes permettant de réguler la tension d'une alimentation secteur. Elle vous donnera également quelques indications pour améliorer les caractéristiques des blocs d'alimentation secteur économiques du commerce. Voir aussi Régulateur de tension.Régulation basique
Il n'y a pas si longtemps que celà, la régulation de beaucoup d'alimentations se résumait à l'emploi d'une diode zener (composant décrit à la page Diode). Le montage adopté était en général le suivant.
La résistance R1 permet de limiter le courant maximum qui circule dans la diode zener. Le calcul de cette résistance doit tenir compte de plusieurs paramètres, à savoir : la tension d'entrée, le courant minimal devant traverser la diode pour la faire travailler dans de bonnes conditions de régulation, et le courant maximal qu'elle pourra supporter si aucun appareil n'est branché. Cette façon de procéder est simple et économique, et convient bien pour les appareils qui consomment peu avec une intensité de courant peu variable et pour lesquels la stabilité de la tension d'alimentation n'est pas critique. En revanche, elle ne convient pas pour les montages nécessitant une tension ne variant pas ou très peu.
Régulation à transistor
Le montage précédent à diode zener peut être amélioré grâce à l'ajout d'un transistor (qu'on appelle pour l'occasion transistor ballast). En fait, dans ce type de montage, la diode zener est secondée par un composant additionnel qui se charge de fournir la "puissance". La diode zener est moins "sollicitée" et travaille dans une plage de fonctionnement où elle se révèle être plus stable. Ce type de montage permet une plage de régulation plus grande et de bien meilleure qualité, au prix il est vrai d'un léger surcoût. Un avantage, qui n'est pas des moindres : vous pouvez utiliser pour le transistor une très grande variété de références, il vous suffit d'en choisir un adapté au courant de sortie maximal désiré.
Le transistor est monté en mode suiveur. Celà signifie que la tension appliquée sur sa base va se "répliquer" sur son émetteur (dans l'exemple présent il s'agit d'un transistor NPN) avec une perte de tension voisine de 0,6V, qui correspond à la tension de la jonction Base-Emetteur quand le transistor conduit. La tension obtenue en sortie est donc égale à la tension développée aux bornes de la diode zener, à laquelle il convient de retrancher la tension de la jonction Base-Emetteur (12V - 0,6V soit 11,4V dans l'exemple présent)..
Régulation à circuit intégré
Il s'agit d'une méthode extrêmement pratique et courante, qui remplace avantageusement la régulation basée sur le couple diode zener / transistor. Elle requiert en effet un minimum de composants, donne de très bons résulats pour une grande majorité d'applications, et de surcroit incorpore même une protection contre les court-circuits et les surchauffes ! Il existe deux principes de base d'utilisation d'une régulation à circuit intégré :- Régulateur intégré tout fait, auquel on applique la tension à réguler, et qui la ressort régulée.
- Régulateur intégré (LM723 par exemple) qui pilote un élement de puissance (un transistor le plus souvent)
Difficile de faire plus simple, vous ne trouvez pas ? Mais modérons notre enthousiasme. Tel quel, ce montage peut dans certains cas poser des problèmes de fonctionnement. Ce type de composant à en effet parfois tendance à ne pas se tenir correctement et à produire une oscillation haute fréquence extrêmement gênante. Heureusement, il est facile d'en limiter le risque, par simple ajout d'un condensateur de l'ordre de 100nF entre l'entrée et la masse d'une part, et entre la sortie et la masse d'autre part. Ces deux condensateurs doivent être situés le plus près possible du régulateur lui-même pour être efficaces.
Le LM317 est un régulateur de tension ajustable, dont on peut "programmer" la tension de sortie au moyen de deux résistances. Le LM317 offre une très bonne régulation et peut servir pour des tensions très variées. Pratique pour le stockage qui ne réclame plus dans ce cas autant de références différentes de régulateurs que de tensions de sorties désirées.
Pour plus de renseignements concernant le LM317 et son usage, merci de vous reporter à la page Théorie - Régulateurs de tension, section Régulateurs ajustables.
Régulation avec tracking
Le tracking peut désigner au moins deux choses dans le domaine des alimentations régulées :- Tracking de symétrie - Cette méthode permet de garantir à une alimentation double (+/-15V par exemple) que les deux tensions seront toujours d'égale valeur. Le circuit intégré XR4195 par exemple, permet de délivrer deux tensions symétriques de +15V et de -15V parfaitement équilibrées entre elles.
- Tracking de sortie - Cette méthode permet de tenir compte de la tension réellement présente aux bornes de la charge, en intégrant dans le circuit de régulation, les pertes de tension causées par les câbles d'alimentation eux-mêmes. Ce type de montage se reconnait au fait qu'en plus des deux câbles de puissance servant à l'alimentation de la charge, deux câbles additionnels de plus faible section sont ajoutés (retour de mesure).
Amélioration d'une alimentation économique du commerce
Les alimentations secteur bon marché sont généralement constituées d'un transformateur, d'un pont de diode et d'un condensateur de filtrage. Ce type d'alimentation présente l'inconvénient majeur de délivrer une tension de sortie pouvant varier dans de grandes proportions (fonction du courant consommé), car non régulée. Il est toujours possible d'utiliser ce type d'alimentation pour des montages "délicats", à condition de lui adjoindre une régulation un peu plus digne. A mon avis, l'emploi d'un régulateur tripode classique tel un circuit de la série LM78xx (ou mieux un LM317) est un choix qui convient dans de nombreux cas. Je préconise de le placer près du circuit à alimenter, plutôt que près des composants existants, pour tenir compte du cable basse tension de qualité parfois douteuse, qui occasionne parfois des chutes de tension non négligeables. Le minimum à connaitre concernant les régulateur de type 78xx est qu'ils nécessitent une différence de potentiel d'au moins 3V entre entrée et sortie pour assurer une régulation correcte. Celà signifie que pour obtenir une tension régulée de +12V, il faudra que votre bloc d'alimentation délivre au moins +15V, à courant nominal. Sachez enfin que les régulateurs de la série LM78xx et LM317 acceptent une tension d'entrée pouvant grimper à 35V.Exemple : vous souhaitez disposer d'une tension régulée de 9V à partir d'un bloc secteur multitensions 3V - 18V, dont on suppose la puissance suffisante. Il vous faut régler la tension de sortie de votre bloc à une tension d'au moins 12V (vérifiez la tension de sortie à l'aide d'un multimètre) et ajouter un régulateur de tension de 9V. Le régulateur 9V de type LM7809 est le composant idéal, mais tous les revendeurs de composants électroniques ne le tiennent pas en stock. Solution si vous ne trouvez pas de LM7809 : faire appel à l'astuce mentionnée dans l'article Alimentation simple 001, paragraphe "Tension de sortie non standard", ou utiliser un LM317 que vous cablerez selon les indications données dans l'article Alimentation symétrique 001.