Description
Dans les circuits intégrés (CI), le convertisseur DC-DC abaisseur et le convertisseur DC-DC boost sont deux topologies d'alimentation à découpage courantes utilisées pour réguler efficacement la tension.
1. Définition du convertisseur Buck DC-DC
Le convertisseur régulateur de tension est un circuit d'alimentation à découpage qui réduit la tension d'entrée ((V_{in})) à une tension de sortie inférieure ((V_{out}), où (V_{out} < V_{in})). Son noyau réalise la conversion de tension grâce à une commutation haute fréquence (MOSFET) ainsi qu'au stockage et à la libération d'énergie par des inductances et des condensateurs.
Principe de fonctionnement
●Étape de commutation : lorsque le commutateur est conducteur, la tension d'entrée traverse l'inductance et le condensateur pour alimenter la charge, et l'inductance stocke l'énergie.
●Étape d'arrêt : lorsque l'interrupteur est éteint, l'inductance libère de l'énergie et la tension de sortie est réduite en maintenant le courant de charge à travers la diode de redressement (ou le tube redresseur synchrone).
●Méthode de régulation : le rapport cyclique (D) du commutateur est contrôlé par modulation de largeur d'impulsion (PWM).
Principales caractéristiques
●Haute efficacité (généralement > 90 %) ;
●Petite ondulation du courant de sortie ;
●Nécessite un circuit de filtre de sortie (filtre LC).
Applications typiques
●Alimentation processeur/FPGA : convertissez les alimentations basse tension 12 V/5 V en 1,2 V, 3,3 V, etc.
●Appareils alimentés par batterie : par exemple, les batteries au lithium (3,7 V) des téléphones portables et des tablettes réduisent la tension à 1,8 V pour l'utilisation de puces.
●Systèmes industriels : convertissez 24 V en 5 V ou 3,3 V pour les capteurs, les MCU, etc.
2. Définition du convertisseur Boost (convertisseur DC-DC haute tension)
Le convertisseur élévateur élève la tension d'entrée ((V_{in})) à une tension de sortie plus élevée ((V_{out}), où (V_{out} > V_{in})), obtenant l'augmentation de tension grâce au stockage et à la libération d'énergie dans un inducteur.
Principe de fonctionnement
●Étape de commutation : lorsque l'interrupteur est allumé, l'inductance se charge et le courant augmente de manière linéaire. La charge est alimentée par le condensateur de sortie.
●Étage hors tension : lorsque l'interrupteur est éteint, la tension de l'inductance se superpose à la tension d'entrée et alimente la charge et le condensateur via une diode, provoquant une augmentation de la tension de sortie.
●Méthode de régulation :.
Principales caractéristiques
●La tension de sortie est supérieure à la tension d'entrée ;
●Le courant d'entrée est continu, mais l'ondulation de sortie est importante ;
●Faites attention à la tension de tenue du transistor de commutation (en raison de la tension de sortie élevée).
Applications typiques
●Appareils alimentés par batterie : comme une seule pile au lithium (3,7 V) augmentant à 5 V pour un périphérique USB.
● Pilotage de LED : augmentation jusqu'à plusieurs dizaines de volts pour piloter les chaînes de LED.
●Électronique automobile : 12 V boosté à 48 V pour un système d'alimentation hybride.
●Récupération d'énergie : augmentation de la sortie basse tension d'un panneau solaire ou d'un thermocouple à une tension utilisable.
3. Comparaison entre les convertisseurs de réduction de tension et d'augmentation de tension
Caractéristiques Réduction de tension (Buck) Augmentation de tension (Boost)
Relation de tension (V_out < V_in) (V_out > V_in)
Efficacité Généralement plus élevée (>90 %) Légèrement inférieure (85 % - 95 %)
Complexité de la topologie Plus simple Nécessite des composants résistants à des tensions plus élevées
Applications typiques Alimentation basse tension, amplificateur de batterie IC numérique, pilotage de LED, demande haute tension
4. Autres topologies dérivées
● Buck-Boost : conversion de tension réglable (telle que la série TPS630xx), adaptée aux scénarios avec de grandes fluctuations de tension d'entrée (telles que le processus de décharge de la batterie).
● SEPIC/Cuk : prend en charge des relations entrée-sortie plus flexibles, mais est plus complexe.
5. Considérations de sélection
● Plage de tension d'entrée/sortie ;
● Exigences de courant de charge ;
● Exigences d'efficacité et de dissipation thermique ;
● Taille et coût (par exemple, si un inducteur intégré est requis).
En sélectionnant une topologie appropriée, le circuit intégré du convertisseur DC-DC peut améliorer considérablement l'efficacité et l'adaptabilité du système d'alimentation électrique, répondant ainsi aux exigences strictes des appareils électroniques modernes en matière de consommation d'énergie et de taille.
