Principe de fonctionnement de base
Dans l'alimentation à découpage abaisseur la plus basique, comme illustré sur le schéma, lorsque l'interrupteur (correspondant à U1 sur le schéma) est fermé, le courant circule de VIN à travers des composants tels que la résistance R1 , provoquant une VOUT augmentation progressive de la tension VOUT. Au fil du temps, lorsque atteint la tension souhaitée, l'interrupteur s'ouvre rapidement. À ce stade, l'énergie stockée dans le condensateur C1 stabilise la tension à la valeur cible. Lorsqu'une charge (par exemple, une résistance) est connectée à la sortie, elle consomme l'énergie stockée dans C1 après l'ouverture de l'interrupteur, provoquant une chute de tension. Pour maintenir une tension de sortie stable proche de la valeur cible, l'interrupteur est activé et désactivé en continu. Cette commutation périodique permet à la tension de sortie de fluctuer légèrement autour de la valeur souhaitée, assurant une régulation dynamique et une sortie quasiment stable.
En ajustant les valeurs de R1 et C2 (où temps de charge =R × C ), les caractéristiques de montée en tension peuvent être modifiées. Cependant, la résistance R1 affecte considérablement le rendement de conversion en augmentant les pertes d'énergie. Pour remédier à ce problème, R1 est remplacée par une inductance. Les inductances ne dissipent pas d'énergie et le courant qui les traverse ne peut pas varier brusquement. Cependant, les inductances présentent un problème critique : à l'ouverture de l'interrupteur, la tension à leurs bornes augmente brusquement. Pour atténuer ce problème, une diode de roue libre est ajoutée en série avec l'inductance.
Le convertisseur abaisseur de tension (abaisseur de tension), convertisseur CC-CC non isolé, produit une tension de sortie inférieure ou égale à la tension d'entrée. Son circuit principal est composé d'un interrupteur, d'une diode de roue libre, d'une inductance de filtrage de sortie et d'un condensateur de filtrage de sortie.
Dans les applications pratiques, les puces abaisseurs CC-CC agissent comme l'interrupteur U1 , contrôlant ses états marche/arrêt pour réguler la tension de sortie. Ces puces intègrent un ou plusieurs composants de commutation (par exemple, des MOSFET). Ces composants fonctionnent à fréquence fixe et ajustent la tension de sortie en contrôlant le rapport cyclique (rapport entre le temps de marche et la période totale). L'interrupteur est donc le composant central de la fonctionnalité abaisseur des puces CC-CC.
Buck synchrone vs Buck asynchrone
Buck asynchrone
Opération :
Lorsque l'interrupteur (par exemple, un MOSFET) est activé , la tension d'entrée est appliquée à l'inductance, ce qui entraîne une augmentation du courant. L'énergie est stockée dans l'inductance tout en alimentant la charge et en chargeant le condensateur.
Lorsque l'interrupteur est désactivé , l'inducteur génère une force électromotrice inverse (FEM) et la diode de roue libre conduit. L'inducteur libère l'énergie stockée vers la charge, ce qui entraîne une diminution du courant de l'inducteur.
Avantages :
Nécessite seulement un interrupteur et une diode, ce qui réduit le nombre de composants et le coût (en particulier avec des diodes en silicium bon marché).
Inconvénients :
La chute de tension directe de la diode (≈0,7 V pour les diodes au silicium, 0,3–0,5 V pour les diodes Schottky) entraîne des pertes de conduction importantes à des courants élevés, réduisant ainsi l'efficacité.
Convient aux applications à faible rendement, à faible courant et sensibles aux coûts (par exemple, modules d'alimentation de base pour petits appareils électroniques).
Buck synchrone
Opération :
Lorsque l' interrupteur côté haut (par exemple, MOSFET) est activé , la tension d'entrée est appliquée à travers l'inducteur, augmentant le courant de l'inducteur.
Lorsque l'interrupteur côté haut est éteint , l' interrupteur côté bas (MOSFET synchrone) s'allume , fournissant un chemin pour que le courant de l'inducteur puisse tourner en roue libre, provoquant une diminution du courant.
Avantages :
Remplace la diode par un MOSFET, qui a une faible résistance à l'état passant (R D S (on) ), minimisant les pertes de conduction et améliorant l'efficacité.
Idéal pour les applications à haute efficacité et à courant élevé (par exemple, cartes mères d'ordinateur, alimentations de serveur, appareils portables).
Inconvénients :
Nécessite deux commutateurs et un circuit de commande plus complexe, ce qui augmente le coût. Cependant, l'écart de prix se réduit à mesure que les prix des MOSFET baissent.