Regulateurs de tension DC-DC pour projets électroniques

Aujourd'hui, nous allons faire un petit tour des régulateurs de tension actuellement disponible dans nos rayons. Pour peu que vous fassiez un peu de hacking électronique, ce sujet intéressera autant les Arduinistes que les Raspberry-PIiste.
Nous allons nous pencher sur les régulateurs DC-DC (aussi dit hacheurs).
Régulateur DC-DC issu de la gamme Pololu
disponible chez MCHobby

Avez-vous l'utilité d'un tel régulateur?
La réponse est fort probablement OUI, je m'explique...
Il arrive souvent que des projets mettent en oeuvre différentes sources de tension comme 3.3v, 5V (valable la hacking électronique Pi ou Arduino) ou même des tensions plus élevées comme 12 Volts si vous utiliser des moteurs ou si vous voulez utiliser des accus, voire même une batterie.

Par contre, il n'est pas pratique d'utiliser un accu 12V + un accu 5V + un accu 3.3V dans un même projet.
 Par convention (ou habitude), on choisit la tension la plus élevée (12V par exemple) et l'on produit les tensions inférieures nécessaires (3.3v ou 5v) à l'aide de régulateurs de tension.
C'est ce que fera un régulateur de tension DC-DC ou régulateur linéaire (mais avec d'importantes nuances)


Grâce à une régulateur DC-DC, il est aussi possible de produire des tensions plus élevées à partir d'une tension plus faible! Pas besoin d'un accu au plomb de 500 gr pour produire du 12 Volts  + 5V + 3.3v. Avec un régulateur DC-DC, vous pourriez utiliser un PowerBank 5V et produire les tensions de 12 volts et 3.3 volts nécessaires :-)

Avec certains types de régulateurs DC-DC (dont nous disposons ici), vos montages peuvent même fonctionner plus longtemps, non seulement grâce à l'efficacité du régulateur (cfr ci-dessous), mais aussi parce que certains régulateurs sont prévu pour maintenir la tension de sortie à 5V (par exemple) pendant que la pile se décharge tranquillement de 9V jusqu'à 2.7v.
 Les régulateurs DC-DC chauffent moins!
Les régulateurs DC-DC ont des performances avoisinant 80 à 90%.
Ils sont tellement efficace que la fondation Pi à remplacé le régulateur de tension linéaire du Raspberry-Pi B par un régulateur DC-DC sur les Pi B+.

Efficacité typique d'un régulateur DC-DC (le D15V70F5S30) de Pololu
Etre plus efficace signifie qu'un régulateur DC-DC est aussi plus performants, dispose d'un meilleur rendement mais surtout, au final, qu'il dissipe moins de chaleur que les régulateurs linéaires.

Une régulateur linéaire abaisse la tension en transformant le surplus de tension en chaleur. C'est gênant pour les montages en milieu confiné car la température de l'ensemble s'élève doucement soit jusqu'à ce que le montage grille, soit jusqu'au déclenchement d'une protection thermique.
Mais le plus important, c'est que cette dissipation de chaleur est aussi le résultat d'un courant consommer dans votre source d'alimentation. Si vous avez un projet mobile, cela signifie qu'une partie de la puissance de l'accu est utilisé pour chauffer le montage! Tout le monde conviendra que cela n'a aucune utilité.

Le régulateur DC-DC aussi communément appelé régulateur à découpage, DC-to-DC regulator, Switched Mode Power Supply (SMPS) ou switching regulator dissipe beaucoup moins de chaleur pour atteindre le même résultat (la tension régulée). Si vous avez lu la section 'régulateur linéaire' ci-dessus vous savez quel est l'avantage clé.
Il dispose aussi de protection contre les sur-courants et les surchauffes (chauffer beaucoup moins ne signifie pas "ne pas chauffer"!). Mais surtout, le régulateur DC-DC dispose également d'autres avantages que nous aborderons plus loin (cfr step-up/step-down/boost)

Step-up, Step-Down, Boost... Kaseko?
Step-Up est un terme anglais que nous traduirons par "augmenter". Tandis que Step-Down sera traduit par "diminuer".
Ce sont des caractéristiques des régulateur de tension à découpage (switching régulator).

Un régulateur Step-Up est capable d'augmenter la tension pour atteindre la tension désirée.
Un régulateur Step-Down sera capable de gérer une tension plus élevée en entrée afin d'atteindre la tension de sortie désirée (et plus basse).
Un régulateur Step-up/Step-Down est capable d'atteindre la tension désirée en partant d'une tension d'alimentation inférieure ou supérieure. Ce dernier modèle est pratique si vous avez besoin de maintenir un projet sous tension aussi longtemps que possible avec une source d'alimentation dont la tension chute dans le temps (ex: pile).

La mention boost est utilisé pour un régulateur capable de délivrer une tension de sortie nettement plus élevée que la tension d'entrée. C'est le cas du Régulateur 4-25V boost, Step Up capable de produire une tension entre 4 et 25 volts à partir de deux piles NiMH ou NiCd!

Petit tour des régulateurs disponibles
Voici une présentation abrégée des régulateurs Pololu DC-DC disponibles chez MC Hobby. Vous obtiendrez de nombreux autres détails dans les différentes fiches produits.

Régulateur à découpage D15V70F5S3, 3.3/5V 7A, Step-Down

Régul. 3.3/5V 7A, Step Down, D15V70F5S3
disponible chez MCHobby

Le régulateur de tension à découpage D15V70F5S3 step-down produit une tension 3.3V ou 5 V (sélectionnable) à partir d'une source d'alimentation entre 4.5 V et 24 V. Ce régulateur est capable de délivrer un courant de 7 ampères en continu! Il a la possibilité de convertir et abaisser les tensions plus élevées (step-down). Ce module dispose d'une efficacité supérieure à 90% et il peut délivrer plusieurs Ampères. Le rendement est meilleur si la tension d'entrée est plus élevée.
Vous trouverez de nombreuses autres informations dans la fiche produit mentionnée ci-dessous.

Où Acheter
Régulateur BOOST réglable 4-25V , Step-Up
Régulateur 4-25V boost, Step Up de pololu disponible chez MCHobby

Ce puissant régulateur boost réglable est capable de générer une tension de sortie jusqu'à 25 V à partir d'un tension aussi faible que 1.5 Volts. Vraiment compacte (10.7 x 22.4 x 5.8 mm), ce régulateur dispose d'un potentiomètre permettant de fixer la tension de sortie entre 4 et 25 V.
La tension peut être déterminée à l'aide du potentiomètre que se trouve dans le coin supérieur-droit de la carte. La tension d'entrée peut varier entre 1.5 V et 16 V (la tension d'entrée doit être inférieure à la tension de sortie). Le circuit à découpage de 2 A supporte des courants de sortie suffisamment élevés pour piloter des petits moteurs comme ceux du robot 3pi et autorise un important gain de tension (il est possible de générer une tensino de 24 V à partir de deux piles NiMH ou NiCd).
Vous trouverez de nombreuses autres informations dans la fiche produit mentionnée ci-dessous. 

Où Acheter
Régulateur à découpage S7V7F5, 5V 500mA, Step-Up/Down
Régulateur à découpage S7V7F5, 5V 500mA, Step-Up/Down
disponible chez MC Hobby

Le régulateur de tension à découpage S7V7F5 step-up/step-down produit une tension 5 V à partir d'une source d'alimentation entre 2.7 V et 11.8 V.
Il a la possibilité de convertir les tensions plus basses (step-up) et plus élevées (step-down), ce qui rend de breakout très utile pour les applications où la tension peut fortement varier. Vous pourrez ainsi l'utiliser dans des montage où la tension de départ est supérieure à 5 volts puis chute sous les 5 volts (après décharge de votre source d'énergie). Ce module est très compacte (0.89cm x 1.2cm) et dispose d'une efficacité supérieure à 90% et peu délivrer jusqu'à 1 A en Step-Down (diminuant la tension à 5 Volts)  et environ 500 mA en Step-Up (en augmentant la tension jusqu'à 5V).

Cette flexibilité face à la tension d'entrée est un avantage bien pratique pour les applications à base de piles ou la tension au début de fonctionnement est au dessus de 5V et chute au fur et à mesure que la pile se décharge. Sans cette contrainte d'avoir des accus ou piles devant absolument garder une tension minimal durant toute sa durée de vie, il est possible d'envisager l'usage d'autre type de "pack de pile" ou de format de pile plus en adéquation avec les contraintes d'encombrement de votre projet. Par exemple, avec un support de 4 piles nous obtenons 6 volts en sortie avec des alkalines toutes neuves. Si vous remplacez les alkalines par des piles NiMH, nous n'obtenons une tension nominale de 4.8 V qui chute à 4.0 V lorsqu'elles sont partiellement déchargées. Grâce à ce régulateur, vous pouvez utiliser votre montage avec les deux types de piles... votre circuit sera alimenté en 5 V. Un autre scénario est l'utilisation d'une pile 9V jetable pour alimenter un circuit 5 V. Ces piles peuvent se décharger jusqu'à moins de 3 V. En utilisant un régulateur standard (comme celui de votre Arduino), votre montage cessera de fonctionner quand la tension de la pile chutera à 6 V, avec ce régulateur la pile 9V pourra se décharger jusqu'à 3 volts tandis votre montage dispose toujours de ses 5 volts.

Vous trouverez de nombreuses autres informations dans la fiche produit mentionnée ci-dessous. 

Où acheter:
Régulateur à découpage D24V6F5, 5V 600mA, Step-Down
Régulateur à découpage D24V6F5, 5V 600mA, Step-Down
disponible chez MC Hobby

Le régulateur de tension à découpage D24V6F5 step-down produit une tension 5 Volts à partir d'une source d'alimentation entre 7 V et 42 V.
Ce régulateur dispose d'une efficacité entre 80 et 90% et est plus efficace qu'un régulateur de tension linéaire... d'autant plus que la différence tension entre l'entrée et la sortie est grande.
Le régulateur dispose d'une protection contre les court-circuits et une sécurité thermique protégeant le circuit contre les surchauffes (par coupure). La carte ne dispose pas de protection contre la polarisation inverse.

Vous trouverez de nombreuses autres informations dans la fiche produit mentionnée ci-dessous. 

Où acheter:
Régulateur à découpage D24V6F9, 9V 600mA, Step-Down

Le régulateur de tension à découpage D24V6F9 step-down produit une tension 9 Volts à partir d'une source d'alimentation entre 11.5 V et 42 V.
Ce régulateur dispose d'une efficacité entre 80 et 90% et est plus efficace qu'un régulateur de tension linéaire... d'autant plus que la différence tension entre l'entrée et la sortie est grande.
Le régulateur dispose d'une protection contre les court-circuits et une sécurité thermique protégeant le circuit contre les surchauffes (par coupure).

La carte ne dispose pas de protection contre la polarisation inverse.
Vous trouverez de nombreuses autres informations dans la fiche produit mentionnée ci-dessous. 

Où acheter: