Elektor Electronics 2018 03 04

Figure 7. Schéma complet d’un convertisseur abaisseur de 5 V à 1,8 V, 500mA, construit autour
d’un circuit intégré TPS62236.
mais on aimerait garder r proche de 0,4.
Donc il faudrait augmenter aussi I AC
, ce
qui signifie augmenter di. Regardez à
nouveau la formule U = L ∙ di/dt. Si di
augmente et que U doit rester constant,
alors L doit diminuer… Cela signifie qu’un
courant de sortie plus élevé nécessite une
valeur d’inductance plus faible ! Ce n’est
pas intuitif, mais c’est vrai !
Et les autres composants ?
Outre la valeur de l’inductance, il
convient de prendre garde à choisir un
modèle avec un courant de saturation
assez élevé. Rappelez-vous que ce courant
est, en valeur de crête, supérieur au
courant de sortie puisqu’il peut être égal
à I DC
+ I AC
, ici 1 + 0,4 = 1,4 A.
Évidemment, vous devrez également
sélectionner un transistor à faible perte,
c’est-à-dire à faible résistance série
RDS on
. Ce transistor doit aussi être suffisamment
rapide pour que son temps
de commutation soit faible par rapport
à la fréquence de fonctionnement du
convertisseur, sinon gare aux pertes de
rendement.
La diode D1 doit aussi être choisie avec
attention : c’est souvent la principale
source de perte d’effcacité. Elle doit
avoir une tension de chute la plus faible
possible (diodes Shottky) et être rapide.
Pour une effcacité encore meilleure, il est
possible de la remplacer par un second
Liens
[1] Livre « Power Sources and supplies: World class designs »,
transistor MOSFET piloté en opposition de
phase : c’est ce qu’on appelle un convertisseur
synchrone.
Et quid du condensateur de sortie ? Ce
composant est fondamental pour réduire
la plaie des convertisseurs DC/DC, à
savoir l’ondulation résiduelle de la
tension de sortie. Une capacité élevée
va bien sûr aider, mais deux autres paramètres
sont encore plus critiques. Tout
d’abord la résistance série équivalente
(ESR) doit être la plus faible possible,
surtout pas de condensateur chimique,
ou en tout cas, pas sans condensateur
céramique en parallèle. Les inductances
parasites entre les composants sont aussi
très critiques : veillez à utiliser des pistes
courtes pour interconnecter le transistor,
la diode, l’inductance, le condensateur
de sortie et le plan de masse. Sinon gare
aux déceptions.
Enfin, il est assez rare de réaliser un
convertisseur DC/DC avec un circuit aussi
simple que ceux que je vous ai montrés.
Dans la vraie vie, les imperfections
des composants rendent nécessaire un
asservissement automatique du rapport
cyclique de commande du transistor
afin de réguler la tension de sortie, quels
que soient les pertes et les courants.
Mais c’est la partie la plus facile, car des
milliers d’excellents circuits intégrés sont
Marty Brown & all, Newnes / Elsevier ISBN 978-0-7506-8626-6
[2] Convertisseur abaisseur ultra compact, Texas Instruments :
www.ti.com/lit/ds/symlink/tps62230.pdf
[3] « Topologies for switched mode power supplies »,
note d’application AN513/0393 de L. Wuidart, ST Microelectronics :
www.stmicroelectronics.com/stonline/books/pdf/docs/3721.pdf
[4] « DC-DC Converter Tutorial », note d’application APP2031, Maxim :
www.maxim-ic.com/app-notes/index.mvp/id/2031
disponibles pour cette tâche. N’hésitez
pas à parcourir les sites web des principaux
fournisseurs (Maxim, Texas Instruments,
Analog Device ou On Semiconductors
pour n’en citer que quelques-uns).
Vous trouverez également les formules
de calcul dans les fiches techniques de
ces composants, ou même de magnifiques
outils de conception automatique
téléchargeables sur les sites web
des fabricants. Dans tous les cas, vous
devriez mieux appréhender ces outils
après la lecture de cet article.
À titre d’exemple, jetez un œil à la
figure 7. C’est le schéma complet d’un
convertisseur abaisseur de 5 V vers
1,8 V qui peut débiter 500 mA, construit
autour d’un circuit intégré ultra compact,
le TPS62231 (Texas Instruments) [2].
Peu de composants n’est-ce pas ? Ce
circuit contient la diode, le transistor et
le circuit de régulation du rapport cyclique,
le tout dans un boîtier CMS de seulement
1,5 × 1 mm ! Évidemment mieux
vaut avoir une bonne loupe et un peu
de dextérité pour le souder… Il ne reste
qu’à ajouter l’inductance et le condensateur
de sortie. Comparez ce schéma
avec la figure 6, l’air de famille devrait
être évident (la broche « FB » permet de
mesurer la tension de sortie).
Pour conclure
Voilà, vous êtes maintenant armé pour
comprendre ce qui se passe dans un
convertisseur DC/DC. N’ayez donc pas
peur d’en utiliser dans vos projets ! Soyons
honnêtes, il arrive que de tels convertisseurs
soient source de soucis, en particulier
lorsqu’ils ne sont pas correctement
conçus ou intégrés : bruit trop élevé dans
des circuits sensibles, problèmes de rayonnements
électromagnétiques, instabilités,
etc. Mais encore une fois, il n’y a rien de
magique là-dedans. Plus vous expérimenterez,
plus vous comprendrez ! N’oubliez
pas de jouer également avec les logiciels
de simulation, qui sont de superbes outils
d’apprentissage. Enfin si vous souhaitez
aller plus loin, lisez donc les documents
indiqués dans la section « Liens ».
Dans le prochain article, je continuerai
sur cette lancée en vous présentant
quelques solutions très simples pour
concevoir un petit élévateur de tension.
(160668)
Cet article a été publié
dans la revue Circuit Cellar (n°239, juin 2010).
120 mars/avril 2018 www.elektormagazine.fr