Conception et réalisation d'un système de vote électronique pour le parlement: "cas du sénat congolais"

D. Lire une fiche technique

Parmi les paramètres que l'on rencontre fréquemment dans une "data sheet" de fabricant, mentionnons:

· Input régulation (ou Line Regulation):

Exprime en mV les variations de la tension de sortie lorsque la tension d'entrée varie. Une variation de _Vin de 7 à 25 V, par exemple, se traduira par une variation de _Vout de 3 à 100 mV.

· Ripple rejection ratio:

Rapport des variations relatives de _Vout ^à _Vin. Pour un 7805, ce rapport va couramment de 62 à 78 dB, soit une variation de _Vout 1000 à 10000 fois moindre que celle de Vin.

· Output regulation (ou Minimum Load Current):

Traduit l'influence des variations du courant de sortie sur la valeur de la tension régulée. Si le courant de charge varie de 5 mA à 1,5 A ; la tension de sortie ne varie, en général, que de 15 à 100 mV.

Ces chiffres montrent bien la grande stabilité de la tension en sortie d'un
régulateur, en dépit des diverses variations qui peuvent affecter la tension en

entrée ou le courant en sortie.

E. Les principaux modèles de régulateur disponibles :

On trouve sur le marché, une grande quantité de modèles de régulateurs, dont certains sont très "pointus" ou destinés à des applications spécifiques. Dans la pratique, l'amateur se tournera en priorité vers des régulateurs "tous usages", à la fois performants, fiables et peu chers.

1. Séries 78XX et 78LXX :

Ces régulateurs fixes positifs sont sans doute les plus utilisés. Ils disposent tous d'une limitation interne du courant et d'une protection thermique. Seule contrainte: la tension d'entrée minimale _Vin min doit être égale ou supérieure à _Vout + 2 V. Ces modèles bénéficient d'une tolérance à 5 % (suffixe C). Leur prix se situe aux environs de 0,55 euro pièce.

30 V (40 V pour 7824)

XX = 05, 06, 08, 09, 10, 12, 15, 18, 24 V

Vin

max

Vout

	Iout		1 A (2 A en pointe); 100 mA pour 78LXX

Figure A2 : Présentation des régulateurs fixes positifs et négatifs.

sur le boîtier, dans le trou prévu à cet effet, dès lors que Vi_n sera nettement supérieur à V_out et/ou que le courant de sortie sera susceptible de dépasser la moitié de sa valeur maximale. On pourra choisir, sans s'embarrasser de calculs, un modèle de radiateur de résistance thermique _Rth égale à 37 °C/W (prix indicatif: 0,25 euro). En cas de doute sur la puissance maximale dissipée, choisir la taille audessus (Rth 15°C/W).

2. Séries 79XX et 79LXX :

Mêmes caractéristiques que ci-dessus (XX = 05, 12, 15, 24 V), mais il s'agit de régulateurs fixes négatifs, pour alimentations symétriques. Prix indicatif : 0,70 euro pièce.

3. Régulateurs variables :

Ils ne sont pas beaucoup plus difficiles à mettre en oeuvre que les régulateurs fixes et rien d'ailleurs n'empêche de les utiliser comme régulateurs fixes. En revanche, ils sont un peu plus chers.

L'un des plus célèbres régulateurs variables est sans doute le LM317, dont il existe plusieurs variantes, identifiables par leur suffixe (K, H, T, etc.). Le moins cher de la famille (environ 0,70 euro à l'unité), le LM317T, est conditionné en boîtier TO-220. Il ne nécessite que deux composants périphériques: une résistance et un potentiomètre. C'est grâce à ce dernier, on s'en doute bien, que l'on fera varier la tension de sortie. Voyons l'essentiel de sa data sheet:

LM317T 3-Terminal Adjustable Regulator

Paramètres	Conditions	Min	Type	Max	Unités
Input-Output Voltage Differential	(Vin - Vout) max
Reference Voltage	3 V < (Vin - Vout) < 40 V	1,20	1,25	1,3 40	V
Line Regulation	3 V < (Vin - Vout) < 40 V		0,01	0,07	%/V
Load Regulation	10 mA < Iout < Imax
Temperature Stability	Tmin < TJ < Tmax			1	%
Minimum Load Current	(Vin - Vout) = 40 V
Current Limit	(Vin - Vout) < 15 V	1,5	3,5 2,2	10 3,4	mA A
Ripple Rejection Ratio	Vout = 10 V, f = 120u Hz		65		dB
Operating Temperature Range		0		125	°C
Thermal Resistance, Junction- to- Ambient	No heat sink		50		°C/W

Tableau A1: Paramètres du régulateur LM317T

· Input-Output Voltage Differential: différence entre la valeur de la tension Vin d'entrée et de la tension en sortie Vout.

· Reference Voltage: c'est la tension la plus basse qu'on peut obtenir en sortie (donc supérieure à 0 V en l'occurrence).

· Line Regulation et Load Regulation: ces deux paramètres expriment la variation subie par la tension de sortie _Vout en fonction de la variation de la tension d'entrée _Vin ou du courant _Iout. Les valeurs, on le voit, sont minimes.

· Minimum Load Current: valeur minimale du courant dans la charge pour maintenir la régulation.

· Current Limit: c'est le courant "garanti" en sortie, sous réserve de remplir la condition énoncée.

· Thermal Resistance, Junction-to-Ambient: résistance thermique; le régulateur dissipe par lui-même, sans radiateur, 50°C/W. Attention, une "bonne" valeur est ici une valeur faible. Ainsi, 35°C/W est meilleur que 50°C/W

a. Mise en oeuvre du LM317T :

Le schéma d'application comme on le voit, se révèle d'une simplicité biblique:

Figure A3 : Schéma d'application du LM317T.

On calcule _Vout à l'aide de la formule ci- dessus, la valeur de R1 étant celle recommandée par le fabricant. Les condensateurs C1 et C2 sont facultatifs. C1 n'est nécessaire que dans le cas où le régulateur serait implanté à une distance de plus de 15 cm du condensateur de filtrage. C2 (optionnel mais conseillé) améliore sensiblement l'impédance de sortie et le ripple rejection ratio (rapport des variations relatives de _Vout ^à Vin).

En choisissant pour R2 un potentiomètre linéaire de 5 k, on obtient en sortie une tension variable comprise entre 1,25 V et plus de 24 V.

Rappel : R2 peut aussi être une résistance fixe; on réalise alors une alimentation fixe de précision.

b. Radiateur ou pas?

Faut-il ou non munir le LM317T (ou autre modèle) d'un radiateur, aussi appelé dissipateur? Voilà une question récurrente qui rend perplexe le néophyte et cause souvent des angoisses bien inutiles.

D'abord, il convient de rappeler qu'un régulateur, comme tout

composant, est susceptible de s'échauffer, sous l'influence de l'effet Joule, et que cela n'est pas bon. Pour prévenir tout emballement thermique qui pourrait dégrader les performances du composant concerné, l'endommager, voire même le détruire, il est nécessaire de veiller à ce qu'il ne dépasse pas les limites de résistance thermique fixées par le fabricant. Un moyen très classique (et efficace) de combattre l'échauffement excessif d'un composant consiste à l'équiper d'un radiateur, en général boulonné sur son boîtier.

Voyons ce que dit la data sheet du LM317T (attention, il s'agit bien du modèle référencé LM317, suffixe T, donc en boîtier TO-220):

Operating Temperature Range			0 °C < TJ < +125 °C	Temperature Stability
Tmin < TJ < Tmax	1 %		Thermal Resistance, Junction-to-Ambient
No heat sink	50 ° C/W

Premier constat: le LM317T fonctionnera normalement tant que sa température de jonction, donc interne, sera comprise entre 0 et 125°C. Dans ces limites, la stabilité est très bonne, de l'ordre de 1 % typique.

Deuxième constat: la résistance thermique du LM317T, sans dissipateur (no heat sink) atteint 50°C/W, soit une élévation de température, considérable, de 50°C par watt dissipé. Fort heureusement, ce régulateur est doté d'un dispositif interne qui l'inhibe en cas de surchauffe. Mieux vaut toutefois ne pas en arriver là.

Voyons maintenant, dans la notice d'application, les recommandations du fabricant à propos du dissipateur (heat sink). Deux paramètres doivent être calculés pour déterminer si un dissipateur est nécessaire ou pas: la puissance maximale dissipée PD par le régulateur et l'élévation maximale de température TR.

La formule suivante (simplifiée) permet de calculer la puissance maximale dissipée

PD = (Vin - _Vout) IL

Où IL est le courant maximal dans la charge. Supposons que la valeur maximale de (Vin - _Vout) sera de 20 V et que le courant IL ne dépassera pas 1A, on obtient, dans ce cas, une puissance dissipée maximale de l'ordre de 20 W.

Calculons à présent l'élévation de température maximale acceptable à l'aide de la formule:

TR(MAX) = TJ(MAX) - TA(MAX)

On sait que _TJ(MAX) est égale à 125°C, il reste à fixer une température ambiante max, par exemple 25°C.

L'élévation max permissible est donc de 100°C.

Pour finir, on applique la formule _TR(MAX)/PD et on obtient, dans cet exemple: 5°C/W, valeur à comparer à celle de la Thermal Resistance Rth, Junction-toAmbient, soit 50°C/W.

La valeur obtenue est très inférieure à la typical rated value du constructeur, donc dans ce cas assez défavorable, un radiateur est nécessaire et il devra dissiper, pratiquement, moins de 5°C/W. En refaisant les calculs avec des valeurs plus "courantes", on trouvera sans doute une Rth de l'ordre de 15°C/W. Le radiateur approprié, pour information, coûte environ 1,50 €.