Alimentation 3.3V : Principes et Utilisations

L'alimentation 3.3V est une tension couramment utilisée dans de nombreux circuits électroniques, notamment pour alimenter des microcontrôleurs, des capteurs et d'autres composants numériques. Cet article explore les principes de l'alimentation 3.3V, ses utilisations courantes et les différentes méthodes pour l'obtenir de manière stable et efficace.

Les bases de l'alimentation 3.3V

Dans de nombreux projets électroniques, il est souvent nécessaire d'obtenir différentes valeurs de tension. L'alimentation générale du circuit peut être faite à partir d’un transformateur 12V, qui pourra donc alimenter directement notre composant 12V. Pour passer de 12V a 5V, le composant le plus courant s’appelle le LM7805. Si on se réfère à la documentation constructeur, on peux l’alimenter de +7V a +35V, il convient donc pour notre utilisation. Attention toutefois ce composant consomme 8mA pour lui même. Dernière info, le 7805 fait partie de la famille des 78XX, ou les deux XX indiquent la tension de sortie.

Régulateurs linéaires (LDO)

Un régulateur linéaire, souvent appelé LDO (Low Dropout Regulator), est un composant couramment utilisé pour abaisser une tension d'entrée à une tension de sortie régulée, comme 3.3V. Par exemple, actuellement j'utilise un AMS1117-3.3 avec un condensateur de 10uf sur le 12V et un de 22uf côté 3.3V.

Toutefois, il est important de noter que l'AMS1117 c'est de la merde, à fuir. Il est tellement lent qu'il a du mal à tenir le 3V3 en cas d'appel de courant brusque genre sortie de veille de l'ESP32, il demande un condensateur de sortie de forte valeur et à ESR (donc pas céramique), et la protection contre les court-circuits et les surchauffes est peu fiable (il a tendance à cramer). Si tu veux un LDO qui marche, mets le LDL1117, lui il marche avec un 10µF céramique en sortie. L'ESP32 crashe beaucoup moins avec ce régulateur. En plus cocorico, c'est du ST.

Comme pour le 5V, il existe un composant courant pour faire du 3.3V. Ce composant c’est le LM1117. Il accepte une tension d’entrée comprise entre +5V et +15V. Vous noterez que les valeurs des condensateurs sont différentes par rapport aux deux précédents schémas, ceci dans le but d’harmoniser les valeurs et surtout de faire avec des valeurs courantes.

Avantages :

• Simplicité de mise en œuvre.
• Faible bruit de sortie.

Inconvénients :

• Dissipation thermique importante, surtout avec une grande différence entre la tension d'entrée et la tension de sortie.
• Rendement faible, particulièrement avec une tension d'entrée élevée.

Convertisseurs Buck (abaisseurs de tension)

Un convertisseur Buck est un type d'alimentation à découpage qui convertit une tension continue d'entrée en une tension continue de sortie plus basse. En régulateur linéaire de 12V vers 3V3 tu auras 2-4W de dissipation si l'ESP32 s'énerve et prend beaucoup de courant pour le wifi, donc un convertisseur buck serait bien mieux. Donc si tu veux du rendement mais pas te prendre la tête à concevoir un convertisseur buck, tu peux mettre un tout fait comme lui ou lui ou n'importe lequel dans la liste. C'est pas cher et ça marche très bien.

Avantages :

• Haut rendement, réduisant la dissipation thermique.
• Adapté aux applications nécessitant une grande différence de tension entre l'entrée et la sortie.

Inconvénients :

• Circuit plus complexe qu'un régulateur linéaire.
• Peut générer plus de bruit électrique.

Alimentation d'une carte Arduino

Dès lors que l’on teste un programme sous Arduino, la carte est reliée via le port USB à l’ordinateur. Quand le programme est testé et approuvé, la carte Arduino peut alors être utilisée de manière autonome. Ensuite, il reste à relier la carte au réseau. Du coté des sorties/entrées de la carte, les DEL et les détecteurs nécessaires. Donc, comment faire ? Il faut tout d’abord connaître les spécifications de la carte Arduino que l’on possède.

VIN ou RAW correspondent à l’entrée du régulateur de tension présent sur la carte. Pour alimenter l’Arduino via cette broche, il faut une alimentation dont la tension est comprise entre 7 et 12V.

• 6V : le régulateur possède une chute de tension minimum de 1V. Par conséquent, en deçà de 6V de tension d’entrée, la tension de sortie sera égale à la tension d’entrée moins la chute de tension et l’Arduino sera alimenté en dessous de la tension nominale de 5V. La conséquence est un fonctionnement qui peut être erratique.
• 20V : la carte Arduino fonctionne sous 5V, le régulateur qui reçoit la tension VIN l’abaisse pour fournir du 5V. la puissance que ce régulateur dissipe est la différence de tension entre VIN et 5V multipliée par le courant que consomme la carte et les dispositifs externes alimentés par elle. Par conséquent plus la différence de tension est élevée et plus le régulateur va chauffer.

Comme le port USB de l’ordinateur, le chargeur du smartphone délivre du 5V continu. On vérifiera d’une part que l’alimentation régulée du smartphone est suffisante pour la consommation de la carte, c’est généralement le cas, ces alimentation délivrent au moins 1A. D’autre part, les cartes Arduino officielles sont équipées d’un fusible électronique à réarmement automatique qui coupe l’alimentation si la limite de 500mA est dépassée.

Comme source, il nous faut donc une tension entre 7 et 12V continu (tension optimale). Cette méthode nécessite une vigilance accrue de votre part compte tenu des possibilités d’erreur de branchement. Il va falloir vérifier votre branchement à plusieurs reprises avant de mettre sous tension. Il faut relier le fil + à la borne VIN de l’arduino et le fil - à une des broches GND.

Dans ce contexte et afin de protéger l’arduino d’un mauvais branchement le + sur le - et le - sur le +, nous pouvons intercaler une diode qui ne laissera passer le courant que si il est dans le bon sens. Du fait de la longueur de fil, le 5v sera bruité et fluctuant. Le résultat sera probablement des réinitialisations intempestives des Arduino. La carte Arduino sélectionne la source de courant.

Si vous utilisez un bus 5V (à partir d’une alimentation de PC par exemple, vous devez la raccorder sur la pin 5V de l’Arduino. C’est la seule solution. Mais si vous faites un bus pour alimenter plusieurs Arduino, vous risquez d’avoir du bruit à cause des inductions qui se produisent dans le réseau ferroviaire. Je pense que l’utilisation d’une alimentation de PC est une bonne solution, plus efficace que les régulateurs linéaires LM7805.

Les alimentations de PC fonctionnent par découpage, ce qui réduit grandement l’échauffement, les transistors de puissance étant soit bloqués (courant quasi nul), soit conducteur (tension aux bornes quasi nulle), donc avec une faible puissance à dissiper.

Considérations pratiques

Voici quelques considérations pratiques lors de la conception d'une alimentation 3.3V :

• Dissipation thermique : Calculez la dissipation thermique, surtout lors de l'utilisation de régulateurs linéaires. Un dissipateur thermique peut être nécessaire.
• Condensateurs de découplage : Utilisez des condensateurs de découplage près des composants alimentés pour stabiliser la tension et réduire le bruit. A quoi servent les deux condensateurs ? Ce sont des condensateurs de découplage, ils servent à stabiliser la tension.
• Choix des composants : Sélectionnez des composants de qualité et adaptés à la tension et au courant requis.

Conclusion

L'alimentation 3.3V est un élément essentiel dans de nombreux projets électroniques. Le choix entre un régulateur linéaire et un convertisseur Buck dépend des exigences spécifiques de l'application, notamment en termes de rendement, de dissipation thermique et de complexité du circuit. En comprenant les principes et les considérations pratiques, il est possible de concevoir une alimentation 3.3V fiable et efficace pour vos projets.

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