Convertisseurs de tension continue

Parlant de la conversion de l'énergie électrique, on peut rappeler divers transformateurs, générateurs, alimentations pour divers appareils électroménagers, chargeurs pour gadgets électroniques, onduleurs de soudage et même centrales nucléaires. Dans tous les cas, la transformation de l'énergie électrique se produit sous une forme ou une autre. On peut dire que dans la vie de tous les jours nous sommes entourés de divers types de convertisseurs électriques et il est difficile d'imaginer leur absence totale dans le monde moderne.

Les convertisseurs DC/DC sont devenus particulièrement courants au cours des vingt dernières années. Cela est dû au développement rapide de l'industrie des semi-conducteurs et de l'électronique en général.

Les convertisseurs d'impulsions haute fréquence ont presque été éliminés du marché par les alimentations à transformateur basse fréquence, que l'on ne trouve désormais que dans les anciens téléviseurs et autres appareils anciens ou dans certains amplificateurs audio modernes.

Le transformateur haute fréquence (ou self) a une taille beaucoup plus petite que le transformateur basse fréquence en fer conçu pour fonctionner à partir d'un réseau 50-60 Hz, c'est pourquoi les alimentations à découpage sont si compactes.D'une manière ou d'une autre, les convertisseurs DC / DC contiennent toujours un transformateur (ou self) dans leur conception, mais ce n'est pas du tout un transformateur aussi lourd et bruyant.

La gamme de convertisseurs DC-DC modernes (à savoir, les soi-disant convertisseurs de tension DC-DC) est assez large. Examinons de plus près ce que sont exactement les convertisseurs DC-DC.

1. Transducteur réglable miniature

Ce petit convertisseur de 43 mm x 21 mm et des modèles similaires sont au prix de 1 $ ou plus sur les marchés chinois. Cette instance exécute une puce LM2596 et ses paramètres de sortie peuvent être ajustés. Une tension continue dans la plage de 4,5 à 40 volts est appliquée à l'entrée et une tension continue de 1,3 à 35 volts est obtenue à la sortie.

Le courant maximum pouvant être obtenu de ce convertisseur est de 3 ampères, mais dans ce cas un dissipateur thermique est nécessaire, si le convertisseur est utilisé sans dissipateur thermique, le courant moyen ne doit pas dépasser 2 ampères. Le rendement d'un tel convertisseur peut atteindre 92 %.

Ce convertisseur est assemblé selon la topologie du convertisseur abaisseur et tous ses principaux composants sont visibles sur la carte : condensateurs d'entrée et de sortie, étouffement, Diode Schottky, la résistance de régulation et le microcircuit lui-même dans un boîtier TO-263-5. Le schéma ci-dessus ne montre pas de résistance de compensation, mais il y en a une sur la carte.

Sans cette résistance, le circuit ne donnera pas plus de 5 volts en sortie, mais si la rétroaction n'est pas retirée directement du condensateur de sortie du filtre, mais à travers un diviseur de tension qui vient d'être assemblé ici à l'aide de cette résistance de régulation, vous peut considérablement étendre la plage de tension de sortie telle qu'implémentée sur cette carte.

La portée de ces convertisseurs n'est limitée que par l'imagination du développeur. Ici, vous pouvez alimenter les LED et charger divers appareils portables et bien plus encore.

Il existe également des convertisseurs boost de ce type, réalisés selon la topologie d'un convertisseur (amplificateur) croissant.

Dans l'image ci-dessus (tableau rouge) se trouve un convertisseur élévateur réglable d'une puissance maximale de 150 watts (un refroidissement supplémentaire est nécessaire), dont l'entrée peut être alimentée de 10 à 30 volts et à la sortie de 12 à 35 volts.

Comme dans l'exemple précédent, ce convertisseur comporte en sortie une résistance de régulation qui se charge d'obtenir la valeur souhaitée de la tension de sortie. La puce de contrôle est située à l'arrière de la carte. La planche elle-même mesure 65 mm x 35 mm. Le prix d'un tel convertisseur est 3 fois plus élevé que l'exemple précédent.

2. Alimentation étanche

Cette alimentation est dotée d'un boîtier robuste, étanche et moulé sous pression rempli d'époxy, ce qui lui permet d'être utilisée à la fois dans le transport et dans tout autre équipement où la fiabilité et la sécurité sont requises. L'onduleur est protégé contre les surtensions, les surtensions, les courts-circuits et les surcharges.

La plage de tension d'entrée des différents modèles est très large et dans cet exemple de 9 à 24 volts, tandis que la sortie est de 24 volts avec un courant maximum de 5 ampères (dans cet exemple). La taille de la boîte sur la photo est de 75 mm x 75 mm, la hauteur est de 31 mm. Le prix de ces convertisseurs est d'environ 10 à 50 dollars, selon la capacité.

Les convertisseurs de ce type sont fabriqués pour des puissances de 15 à 360 watts, pour des tensions d'entrée jusqu'à 60 volts et pour des tensions de sortie de 5 à 48 volts. Ils sont également assez courants sur de nombreux marchés.

3. Commutez l'alimentation CC vers le boîtier

Typiquement, ces alimentations sont réalisées selon un circuit de commutation flyback, push-pull ou demi-pont. Ils sont disponibles pour des tensions d'entrée de 19 à 72 volts et plus, et la sortie est généralement de 5 à 24 volts. La puissance des convertisseurs de ce type peut atteindre 1000 watts. Tailles de boîtier de 78 mm x 51 mm x 28 mm à 295 mm x 127 mm x 41 mm.

Ces blocs d'alimentation sont disponibles auprès de nombreux fabricants et peuvent coûter jusqu'à plusieurs centaines de dollars. Très souvent, ces appareils sont utilisés pour alimenter des bandes de LED. Ils ont la capacité de régler avec précision la tension de sortie et disposent d'une protection contre les surcharges.

Il existe sur le marché des modèles similaires de convertisseurs alimentés directement par le réseau à courant alternatif, les convertisseurs dits AC-DC, mais là, cependant, la tension du réseau est d'abord redressée, filtrée, c'est-à-dire rendue constante, et seulement après avoir été converti au moyen d'une conversion haute fréquence standard et d'un redressement en tension constante à un autre niveau, plus bas, c'est-à-dire utilisé à nouveau le module convertisseur DC-DC.

Contrairement aux autres convertisseurs, les convertisseurs alimentés par un réseau à courant alternatif ont nécessairement une isolation galvanique de l'enroulement secondaire du transformateur d'impulsions haute fréquence du primaire... En règle générale, la boucle de rétroaction de ces unités est isolée à l'aide optocoupleurs… En toute justice, il convient de noter que les unités de faible puissance de ce type sont également disponibles dans une conception sans cadre.

4. Convertisseur DC-DC pour montage sur circuit imprimé

Ces alimentations miniatures ont une puissance de 0,25 à 100 watts. Ils permettent une gamme de tensions d'entrée : 3-3.6V, 4.5-9V, 9-18V, 13-16.6V, 9-36V, 18-36V, 18-72V, 36-72V et 36-75V.Selon le fabricant, les plages de tension d'alimentation peuvent différer. Certains convertisseurs permettent de régler la tension de sortie et de placer l'appareil en mode veille. La plage de tension de sortie standard des blocs : 5 V, 12 V, 15 V.

Les convertisseurs DC-DC pour montage sur circuit imprimé sont isolés électriquement (1500 V) et la température maximale autorisée peut atteindre 90 degrés Celsius. Les convertisseurs d'une puissance de 3 watts sont les plus intéressants pour les développeurs. Le coût de ces convertisseurs varie d'unités à des dizaines de dollars.

La fréquence de fonctionnement de tous les convertisseurs CC-CC à découpage industriels modernes est supérieure à 50 kHz et atteint 300 kHz. Cette affirmation est vraie pour les transformateurs d'impulsions et les selfs en ferrite, car les noyaux en ferrite sont utilisés partout pour les transformateurs et les selfs utilisés dans les convertisseurs décrits.

Les circuits intégrés de commutation de convertisseurs dédiés industriels ont très souvent une fréquence strictement définie qui est toujours supérieure à 50 kHz. Si un contrôleur PWM est utilisé, la fréquence correspondante est définie par des composants externes.