Quand utiliserais-je un régulateur de tension vs un diviseur de tension?

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Quand utiliseriez-vous un régulateur de tension par rapport à un diviseur de tension à résistance? Y a-t-il des utilisations pour lesquelles un diviseur de résistance est particulièrement mauvais?

Pete
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La sortie du diviseur n'est pas "rigide" car elle varie en sortie par Reffective x Iout qui change à mesure que le courant change. Il dissipe également une énergie importante dans la plupart des cas. Une alternative est une résistance plus Zener qui est un régulateur en quelque sorte, plus encore, et avec les mêmes problèmes de dissipation.
Russell McMahon

Réponses:

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Ces deux types de circuits ont des applications très différentes.

Un diviseur de résistance est généralement utilisé pour mettre à l'échelle une tension afin qu'elle puisse être détectée / détectée / analysée plus facilement.

Par exemple, supposons que vous souhaitiez surveiller la tension d'une batterie. La tension peut aller jusqu'à 15V. Vous utilisez un convertisseur analogique-numérique ("ADC") d'un microcontrôleur, qui utilise 3,3 V comme référence. Dans ce cas, vous pouvez choisir de diviser la tension par 5, ce qui vous donnera jusqu'à 3,0 V à l'entrée de l'ADC.

Il y a quelques inconvénients. L'une est qu'il y a toujours du courant qui traverse les résistances. Ceci est important dans les circuits à alimentation limitée (alimentés par batterie). Le deuxième problème est que le diviseur ne peut pas générer de courant significatif. Si vous commencez à dessiner du courant, cela change le rapport du diviseur, et les choses ne se passent pas comme prévu :) Donc, il n'est vraiment utilisé que pour piloter des connexions haute impédance.

Un régulateur de tension, d'autre part, est conçu pour fournir une tension fixe quelle que soit son entrée. C'est ce que vous souhaitez utiliser pour alimenter d'autres circuits.

En ce qui concerne la création de plusieurs rails de tension: pour cet exemple, supposons que vous utilisez des régulateurs de commutation qui sont efficaces à 80%. Disons que vous avez 9V et que vous voulez produire 5V et 3,3V. Si vous utilisez les régulateurs en parallèle, accrocher chacun jusqu'à 9V, les deux rails seront efficaces à 80%. Cependant, si vous créez 5 V et que vous l'utilisez ensuite pour créer 3,3 V, votre efficacité de 3,3 V est (0,8 * 0,8) = seulement 64% efficace. La topologie est importante!

Les régulateurs linéaires, en revanche, sont évalués différemment. Ils abaissent simplement la tension de sortie, pour tout courant donné. La différence de puissance est gaspillée en chaleur. Si vous avez une entrée 10 V et une sortie 5 V, elles sont efficaces à 50%.

Mais ils ont leurs avantages! Ils sont plus petits, moins chers et moins compliqués. Ils sont électriquement silencieux et créent une tension de sortie régulière. Et, s'il n'y a pas beaucoup de différence entre les tensions d'entrée et de sortie, l'efficacité peut dépasser une alimentation de commutation.

Il existe des circuits intégrés qui fournissent plusieurs régulateurs. Linear Tech, Maxim Integrated, Texas Instruments, tous ont une bonne sélection. Le LTC3553, par exemple, fournit une combinaison d'un chargeur de batterie au lithium, d'un régulateur de commutation de buck et d'un régulateur linéaire. Ils ont des saveurs avec ou sans le chargeur, certains avec deux commutateurs et pas de linéaires, certains avec plusieurs linéaires ...

Un de mes produits actuels utilise une batterie de 3,7 V et a besoin de 3,3 V et 2,5 V. C'était le plus efficace pour moi à un linéaire pour le 3,3V, et un commutateur pour le 2,5V (alimenté par la batterie, pas le rail 3,3V). J'ai utilisé le LTC3553.

Vous voudrez passer du temps sur les outils de sélection de produits de leur site Web respectif.

Bonne chance!

bitsmack
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Je pense qu'il convient de mentionner que votre discussion sur l'efficacité avec plusieurs rails d'alimentation ne s'applique qu'aux régulateurs à commutation et non aux régulateurs linéaires.
Joe Hass
"le diviseur ne peut pas générer de courant significatif" Pourquoi est-ce le cas?
kmort
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@kmort Imaginez que vous divisez 10V à 5V. Vous utilisez deux résistances de 500 ohms pour effectuer la division. Donc, maintenant, vous avez 10 (V) / 1000 (Ohm) = 10mA traversant le diviseur. Maintenant, ajoutez votre charge. Cette charge va en parallèle avec la résistance inférieure, ce qui fausse les calculs du diviseur de résistance et modifie le rapport de tension. Si votre charge est fixe, vous pouvez calculer les valeurs de séparation ajustées. Une bonne règle d'or consiste à tirer moins de 10% du nœud central du diviseur, de sorte que vous ne perturbiez pas beaucoup le rapport. Mais maintenant, vous utilisez 10 fois votre courant requis uniquement via le diviseur!
bitsmack
@bitsmack Oui, c'est très logique. J'aurais dû y penser un peu plus. Merci de votre aide. :-)
kmort
@kmort Heureux de vous aider :)
bitsmack
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Puisqu'un diviseur de tension ne régule pas , on ne voudrait pas utiliser un diviseur de tension quand on veut une tension régulée .

Un régulateur de tension maintiendra, dans ses limites, la tension de sortie à une valeur fixe même lorsque la tension d'entrée et le courant de charge varient.

Un diviseur de tension ne le fera pas. Considérez l'équation du diviseur de tension:

vOUT=vjeNR2R1+R2-jeOUTR1||R2

vjeNjeOUT donc un diviseur de tension n'est pas un régulateur de tension.

Il existe cependant de nombreuses applications pour les diviseurs de tension, par exemple l' atténuation , mais la régulation de la tension n'en fait pas partie.

Alfred Centauri
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Un diviseur de tension est particulièrement mauvais pour fournir une tension fixe à une charge variable ou à faible impédance. Les charges variables sont assez courantes et incluent la plupart des circuits numériques de la planète.

Les charges fixes à haute impédance peuvent avoir un diviseur de tension devant elles. C'est le cas lors de l'utilisation d'un CAN pour mesurer ou d'un comparateur pour clôturer une tension beaucoup plus grande, ou dans le sens d'une entrée d'un régulateur de tension.

Ignacio Vazquez-Abrams
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Donc, si j'ai une carte où j'ai besoin d'alimenter la logique 5v et 3,3v, il est probablement préférable de n'avoir que deux régulateurs, un pour chaque tension, au lieu d'essayer d'alimenter le 3,3v sur un diviseur de tension de résistance?
Pete
Idéalement, vous auriez un régulateur de tension qui fournirait les deux tensions, mais avoir deux régulateurs est mieux que d'avoir un certain nombre de diviseurs de tension pour faire la même tâche.
Ignacio Vazquez-Abrams
Avez-vous un exemple de numéro de pièce qui peut fournir des tensions doubles?
Pete
Nan.
Ignacio Vazquez-Abrams
@Pete Ha! Juste au cas où vous ne l'auriez pas remarqué, "Nope" d'Ignacio est un lien vers l'outil de recherche de produits de TI :)
bitsmack
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Les diviseurs de tension ne sont généralement pas utilisés pour générer des tensions d'alimentation car ils ne fournissent aucune régulation. De nombreuses charges modifient de toute façon leur tension de sortie, par exemple une charge résistive à la terre est essentiellement parallèle à R2.

Les diviseurs de tension sont généralement utilisés pour fournir une tension à une entrée à haute impédance. Dans ce cas, vous pouvez considérer l'impédance comme étant fondamentalement la même chose que la résistance. Avoir une résistance 10M en parallèle avec R2 ne l'affectera pas beaucoup, tant que R2 est lui-même de l'ordre de grandeur inférieur, disons 10k. Bien sûr, l'utilisation de résistances de faible valeur pour le diviseur augmente également le flux de courant qui le traverse, ce qui cause des problèmes pour les appareils alimentés par batterie.

Un exemple courant d'un diviseur de tension en une entrée à haute impédance consiste à diviser une haute tension dans une plage qu'un CAN peut mesurer. Supposons que votre ADC ait une référence 1V et que vous souhaitez mesurer une batterie 3,6V avec. Vous pouvez utiliser un diviseur 4: 1 pour réduire cela afin qu'il soit inférieur à 1 V et mesurable par l'ADC.

Un autre exemple courant consiste à fournir une tension de référence secondaire. Supposons que vous ayez une alimentation de 3,6 V et que vous ayez besoin d'une référence de 1,8 V (la moitié de la tension d'alimentation, par exemple pour polariser un signal CA avec un décalage CC). Plutôt que de vous embêter avec un CI de référence de tension coûteux, vous pouvez simplement utiliser un diviseur de tension pour diviser par deux la tension d'alimentation et l'injecter dans un tampon d'amplificateur opérationnel. L'ampli-op a une entrée à haute impédance, et la sortie peut être utilisée pour la polarisation.

Un régulateur peut fournir une certaine quantité de courant dans une charge, la tension étant contrôlée au mieux, il convient donc aux tensions d'alimentation et similaires.

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