Types de convertisseurs DC-DC à découpage
Nous comparons différents types de convertisseurs DC-DC, y compris linéaire vs. à mode commuté, abaisseur, élévateur, abaisseur-élévateur, et isolé basé sur transformateur pour que vous puissiez choisir le bon.
Qu'est-ce qu'un convertisseur DC ? Convertisseurs linéaires vs. convertisseurs à découpage
Un convertisseur DC/DC est une classe de source d'alimentation qui convertit une source de courant continu (DC) d'un niveau de tension à un autre. Il existe deux types de convertisseurs DC/DC : linéaire et à découpage. Un convertisseur DC/DC linéaire utilise une chute de tension résistive pour créer et réguler une tension de sortie donnée, un convertisseur à découpage stocke l'énergie d'entrée périodiquement et la libère ensuite à la sortie à une tension différente. Le stockage peut se faire dans un composant de champ magnétique comme un inducteur ou un transformateur, ou dans un composant de champ électrique tel qu'un condensateur. Les convertisseurs basés sur des transformateurs fournissent une isolation entre l'entrée et la sortie. Les convertisseurs DC/DC à découpage offrent trois principaux avantages :
- L'efficacité de conversion de la puissance est beaucoup plus élevée.
- Comme la fréquence de commutation est plus élevée, les composants passifs sont plus petits et les pertes réduites simplifient la gestion thermique.
- L'énergie stockée par un inducteur dans un régulateur à découpage peut être transformée en tensions de sortie qui peuvent être inférieures à l'entrée (abaisseur ou buck), supérieures à l'entrée (rehausseur ou boost), ou abaisseur-rehausseur avec polarité inversée (onduleur).
Contrairement à un convertisseur à découpage, un convertisseur linéaire ne peut générer qu'une tension inférieure à la tension d'entrée. Bien qu'il y ait de nombreux avantages, il y a aussi certains inconvénients avec les convertisseurs DC/DC à découpage. Ils sont bruyants par rapport à un circuit linéaire et nécessitent une gestion de l'énergie sous forme de boucle de contrôle. Heureusement, les puces de contrôleur à mode de commutation moderne rendent la tâche de contrôle facile.
Convertisseurs DC/DC non-isolés
En essence, un convertisseur ou un régulateur DC/DC à découpage est un circuit qui utilise un interrupteur de puissance, une inductance, une diode et un condensateur pour transférer l'énergie de l'entrée à la sortie. Ceux-ci peuvent être disposés de diverses manières pour réaliser les types abaisseur, élévateur ou abaisseur-élévateur (inverseur) identifiés précédemment.
Convertisseur abaisseur/Buck
Dans un convertisseur abaisseur typique non isolé, la tension de sortie VOUT dépend de la tension d'entrée VIN et du rapport cyclique D du commutateur de puissance.
Figure 1 : Une topologie de convertisseur abaisseur ou buck DC/DC fondamentale.
Convertisseur élévateur/Boost
Un convertisseur élévateur de tension DC/DC fondamental utilise le même nombre de composants passifs, mais disposés pour augmenter la tension d'entrée afin que la tension de sortie soit supérieure à celle de l'entrée.
Figure 2 : Une topologie fondamentale de convertisseur DC/DC boost.
Convertisseur Buck-Boost
Un circuit typique abaisseur-élévateur DC/DC permet à la tension DC d'entrée d'être soit augmentée, soit diminuée, selon le cycle de travail. La tension de sortie est donnée par : VOUT = -VIN *D/(1-D) Comme le montre l'équation ci-dessus, la tension de sortie est toujours inversée en polarité par rapport à l'entrée. Ainsi, un convertisseur abaisseur-élévateur est également connu sous le nom d'inverseur de tension.
Figure 3 : Une topologie typique de convertisseur continu/continu abaisseur-élévateur.
Convertisseurs DC/DC isolés
Il existe deux principaux types de convertisseurs DC/DC isolants basés sur un transformateur : flyback et forward. Dans ces deux types, le transformateur assure l'isolation entre l'entrée et la sortie. Le type flyback fonctionne comme un buck-boost mais utilise un transformateur pour stocker l'énergie :
Figure 4 : Une topologie de convertisseur DC/DC flyback de base à transformateur.
En topologie directe, le transformateur est utilisé de manière traditionnelle pour transférer l'énergie du primaire au secondaire lorsque l'interrupteur est fermé.
Pour ces exemples, le MOSFET de commutation est représenté par un interrupteur idéal et le circuit de commande est omis. Ce sont des convertisseurs de type non synchrone. Cependant, lorsque le redresseur à diode traditionnel est remplacé par un MOSFET pour le redressement, il s'appelle redressement synchrone et le convertisseur est appelé convertisseur synchrone DC/DC.
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