Qu'est-ce qu'un circuit convertisseur abaisseur DCDC ?
Un circuit convertisseur abaisseur DC-DC convertit une tension continue élevée en une tension continue plus faible. Dans ce circuit, la tension de sortie est inférieure à la tension d'entrée après passage dans le convertisseur abaisseur DC-DC. Le principe du convertisseur abaisseur CDC-DCconsiste principalement à réduire la tension en contrôlant le temps de fonctionnement des commutateurs internes. Les convertisseurs de tension CDC-DCsont principalement utilisés dans les appareils nécessitant différentes tensions de fonctionnement, comme les chargeurs de téléphones portables, les ordinateurs portables et les téléphones mobiles. Comparé au régulateur à faible chute de tension (LDO), le convertisseur CDC-DCoffre un rendement de conversion supérieur, généralement jusqu'à 90 %, et réduit la dissipation thermique. Le circuit CDC-DCstabilise la tension de sortie par modulation de rétroaction. Cependant, il présente l'inconvénient d'utiliser davantage de composants, ce qui entraîne des coûts plus élevés.
Analyse du schéma simplifié d'un convertisseur DCDC de type Buck
Lorsque l'interrupteur S1 est fermé, le courant traverse S1, l'inductance L1, et alimente la charge, en direction de la borne négative de l'alimentation. Tout en fournissant du courant, il charge également l'inductance. D1 étant une diode à conductivité unidirectionnelle, elle ne fonctionne pas à ce moment. L'inductance est un composant passif qui, du fait de la présence d'une force électromotrice auto-induite, résiste aux variations rapides de courant. Par conséquent, le courant qui la traverse augmente ou diminue progressivement, et non instantanément. La tension aux bornes de l'inductance L1 est égale à la tension d'entrée moins la tension aux bornes de la charge, soit L * (di/dton). Lorsque S2 est bloqué, en raison de la nature inductive de L1, le courant traverse l'inductance vers la charge, puis traverse la diode de roue libre, avant de revenir à l'inductance, formant une boucle fermée. La tension de sortie est égale à L * di/dtoff. En divisant ces deux expressions, nous obtenons VO/VIN = don/dff, ce qui fait que la tension de sortie est inférieure ou égale à la tension d'entrée.
Rôle de chaque composant dans le diagramme :
Condensateur C1 : Stabilise la tension d'entrée.
Inducteur L1 : Stocke ou transfère l'énergie à la charge.
Condensateur C2 : Stabilise la tension de sortie.
Diode D1 : Forme la boucle de roue libre lorsque L1 se décharge.
Convertisseur abaisseur DC-DC synchrone vs convertisseur abaisseur asynchrone
Dans les fiches techniques des circuits intégrés d'alimentation CC/CC, on distingue généralement deux types de redressement : le redressement synchrone et le redressement asynchrone. Les schémas de principe du redressement sont les suivants :
Convertisseur abaisseur asynchrone
La diode a une conductivité unidirectionnelle, avec une chute de tension d'environ 0,7 V pour les diodes au silicium, 0,3 V pour les diodes au germanium et 0,4 V pour les diodes Schottky.
Convertisseur Buck synchrone
D'après le schéma ci-dessus, la différence entre la rectification synchrone et asynchrone réside dans :
Consommation électrique : Dans les circuits abaisseurs synchrones, le circuit de roue libre utilise un MOSFET à faible résistance, tandis que le circuit abaisseur asynchrone utilise une diode. La faible résistance interne du MOSFET permet une consommation électrique plus faible en redressement synchrone.
Coût : les MOSFET sont plus chers que les diodes, les convertisseurs abaisseurs synchrones ne sont donc pas rentables.
Gestion de la charge : Le redressement synchrone est plus performant sous faible charge. En redressement asynchrone, le fonctionnement en mode discontinu peut générer un bruit harmonique important.
Fiche technique du convertisseur abaisseur DC/DC
Un exemple de diagramme d'application buck typique pour le LM2596 est présenté ci-dessous :
Circuit convertisseur abaisseur DCDC utilisant une puce
Circuit convertisseur élévateur DCDC utilisant une puce
Comment déterminer rapidement si le circuit est un convertisseur élévateur ou abaisseur en fonction du circuit d'alimentation CC/CC ? Si la broche de commutation est connectée à une inductance externe, il s'agit d'un circuit abaisseur ; si elle est connectée à une diode externe, il s'agit probablement d'un convertisseur abaisseur. Comment choisir l'inductance externe ? Dans un convertisseur abaisseur classique, la taille de l'inductance peut être calculée à l'aide de la formule suivante :
VOUT : Tension de sortie
VIN : Tension d'entrée
FS : Fréquence de commutation
IL : Courant d'ondulation
Habituellement, la fiche technique fournit une valeur d'inductance recommandée, à laquelle vous pouvez vous référer pour la sélection.