Elektor Electronics 2018 03 04

= 0,17 W. A contrario, un convertisseur
DC/DC parfait ne dissipera rien. Comme
la puissance fournie en 3,3 V est égale
à P = U × I = 3,3 V × 0,1 A = 330 mW,
il va consommer aussi 330 mW sur
la source de 5 V, c’est-à-dire qu’il va
tirer un courant de seulement I = P/U
= 330 mW/5 V = 66 mA, sans dissipation
thermique du moins en théorie. Encore
plus fort, un convertisseur DC/DC peut
aussi bien produire une tension plus élevée
que la tension d’entrée, ou encore
une tension négative à partir d’une tension
positive.
Figure 3. Une simple modification de la figure 2 permet de réaliser un convertisseur DC/DC
inverseur. Ici l’entrée de +12 V est convertie en −5 V.
Figure 4. Convertisseur élévateur. Ici l’entrée est à +12 V et la sortie délivre +17 V.
Mais comment réaliser un tel miracle ?
Commençons par la production d’une
tension négative. La simulation que
nous venons de voir (fig. 2) a montré
que couper le courant dans une inductance
peut produire une tension négative.
On en déduit très facilement le circuit du
convertisseur DC/DC dit « inverseur »
(fig. 3). L’idée se résume à appliquer du
courant aux bornes d’une inductance et
à le couper périodiquement, ici à l’aide
d’un transistor MOSFET à canal P. Une
tension négative apparaît lorsque le
courant est coupé, celle-ci est « récupérée
» par la diode D1 et stockée dans
le condensateur C1.
Examinez les courbes de la simulation :
lorsque le transistor est passant, le courant
à travers l’inductance augmente et
la diode ne conduit pas. Lorsque le transistor
est bloqué, le courant à travers l’inductance
diminue et la diode charge le
condensateur avec une tension négative.
Sur cette simulation, la tension d’entrée
est de +12 V et la sortie de −5 V. Pour
modifier la tension de sortie, il sufft de
modifier le rapport cyclique de pilotage du
transistor (nous y reviendrons plus bas).
U = R × I = 1 Ω × −6,5 A = −6,5 V. C’est
exactement ce que la figure 2 montre
(courbe rouge).
Il n’y a donc pas de magie noire qui expliquerait
l’apparition de tensions bizarres
dans les circuits utilisant des inductances.
C’est simplement que l’énergie stockée
dans le champ magnétique doit être restituée,
sans sauts de courant. D’ailleurs
100% de cette énergie sera restituée si
le facteur de qualité de l’inductance
est de 1, c’est-à-dire qu’il n’y a pas de
résistance parasite (bien sûr, ce n’est
jamais le cas dans la vraie vie).
Conversion DC/DC ?
Vous en savez maintenant assez pour
comprendre le fonctionnement d’un
convertisseur DC/DC, c’est-à-dire un circuit
qui modifie l’amplitude de sa tension
d’entrée pour en délivrer une autre en
sortie, avec le moins de pertes d’énergie
possible.
Arrêtons-nous sur un exemple : vous
avez une source de 5 V pour alimenter
un composant en 3,3 V sous 100 mA. Si
vous utilisez un régulateur linéaire, même
supposé parfait, celui-ci va tirer 100 mA
sur le 5 V et dissiper sous forme de chaleur
P = U × I = (5 V − 3,3 V) × 0,1 A
Voyons d’autres topologies de convertisseurs
DC/DC. Si vous déplacez le transistor
à l’autre extrémité de l’inductance
et que vous inversez le sens de la diode,
vous obtenez un convertisseur élévateur
ou « boost » (fig. 4). Il délivre
une tension de sortie supérieure à celle
d’entrée et de même polarité. Comme
précédemment, lorsque le transistor
est passant, le courant à travers l’inductance
croît. Lorsqu’il est bloqué, le
courant doit continuer à circuler dans le
même sens. Comme le côté gauche de
l’inductance est raccordé à la tension
d’entrée, son côté droit doit nécessairement
faire apparaître une tension plus
élevée, récupérée par la diode et stockée
118 mars/avril 2018 www.elektormagazine.fr