- La tension des batteries et des adaptateurs bon marché ne correspond pas aux tensions requises par les moteurs, les rétroéclairages LCD et les puces numériques ; la plupart des appareils électroniques grand public reposent donc sur la conversion de tension DC
- Les diviseurs résistifs et les régulateurs linéaires sont simples, mais à mesure que le courant de charge ou la chute de tension augmente, les problèmes de pertes thermiques et d’autonomie de batterie s’aggravent rapidement
- Les pompes de charge peuvent multiplier ou diviser une tension uniquement par commutation de condensateurs, avec parfois plus de 90 % de rendement, mais les architectures simples ont des limites en matière de régulation de tension et de charges à fort courant
- Les convertisseurs buck produisent avec précision une tension plus basse à l’aide d’une inductance et d’un commutateur ; même de petits dispositifs peuvent gérer des courants de plusieurs ampères, mais il faut tenir compte des pertes dans l’inductance et des interférences radiofréquences
- Les convertisseurs boost produisent une tension supérieure à la tension d’alimentation grâce à l’effondrement du champ magnétique de l’inductance ; la sortie pouvant atteindre des centaines ou des milliers de volts, la régulation de sortie est indispensable
Pourquoi la conversion de tension est nécessaire
- Presque tous les appareils électroniques grand public du marché effectuent une forme ou une autre de conversion de tension DC
- La tension de sortie d’une batterie courante ou d’un adaptateur secteur mural bas de gamme ne correspond pas aux besoins de tous les composants du circuit
- Moteurs
- Rétroéclairage LCD
- Puces numériques de dernière génération
- Une conversion de tension peut aussi avoir lieu à l’intérieur d’un microcontrôleur
- Il peut contenir une petite pompe de charge interne produisant une tension plus élevée pour l’EEPROM et la mémoire flash
- Il peut contenir un régulateur distinct produisant une tension plus basse pour le cœur CPU
- Dans les circuits électroniques de loisir, d’anciens circuits intégrés linéaires comme le LM7805 ou le LM317 sont parfois utilisés avec des MCU 32 bits modernes
- Même avec l’arrivée des régulateurs à découpage, on voit souvent des conceptions copiées telles quelles sans vérifier si elles conviennent à la tâche
Diviseur de tension à résistances
- La manière la plus simple de produire une tension intermédiaire à partir d’une alimentation connue et stable est le diviseur résistif
- Si aucune charge significative n’est connectée au point médian entre R1 et R2, le courant traversant les deux résistances est identique
- La tension intermédiaire se calcule comme la chute de tension aux bornes de R2 ; si R1 = R2, le point médian vaut la moitié de la tension d’alimentation
- La principale contrainte est que le courant prélevé par la charge doit être négligeable par rapport au courant traversant R1 et R2
- Si cette condition n’est plus respectée, la tension intermédiaire varie selon le fonctionnement de la charge
- Pour fournir une tension stable à une charge consommant beaucoup de puissance, il faudrait des valeurs de résistance irréalistes très faibles
- Il en résulte un important courant gaspillé dans le chemin R1-R2
- En pratique, on l’utilise couramment dans des réseaux de polarisation pour des entrées d’amplificateur opérationnel ou des grilles de FET
- Dans ces usages, la charge est pratiquement inexistante et les résistances peuvent être de l’ordre de 10 kΩ à 100 kΩ
- Le courant perdu reste dans la plage des microampères
Utiliser la charge comme partie du diviseur
- Si la charge se comporte presque comme une résistance constante dans les conditions du circuit, elle peut elle-même remplacer R2 comme partie du diviseur
- Cette approche gaspille tout de même de l’énergie
- Le processus qui abaisse la tension de charge consiste pour R1 à freiner le flux d’électrons et à convertir une partie de l’énergie d’alimentation en chaleur
- La chaleur perdue se calcule avec la loi de Joule, P = IV
- Lorsque le courant est élevé et que la baisse de tension requise dépasse quelques fractions de volt, les pertes deviennent importantes
- Peu de charges font un travail utile tout en se comportant comme une résistance constante
- Un circuit intégré qui exécute un programme n’en fait pas partie
- Un moteur sous charge non plus
- Comme le courant requis ainsi que la conductance et la résistance apparentes de ces charges varient avec le temps, la tension de sortie d’un diviseur reposant sur un rapport de résistances fluctue
Régulateur linéaire de base
- En pilotant par rétroaction un composant se comportant comme une résistance variable, on peut maintenir une tension de sortie constante même si la résistance de charge varie
- Un suiveur de tension à transistor ressemble à ce fonctionnement
- Un MOSFET canal n commence à conduire lorsque la tension entre source et grille est suffisamment positive
- On peut fournir la tension voulue à la grille au moyen d’un diviseur résistif et placer la charge côté source
- On peut le réaliser avec un MOSFET générique comme le 2N7000, mais cela ne fonctionne pas aussi bien qu’on pourrait l’espérer
- Vth n’est pas un seuil binaire
- Le Vth du BS170 est spécifié à 2,1 V pour 1 mA, mais pour laisser passer 100 mA, Vgs doit atteindre environ 3,2 V
- Si Vref est fixe et qu’un courant de charge plus important est nécessaire, l’écart entre la source et la tension de référence augmente, et la tension de sortie s’affaisse
- Fournir une référence de tension absolue avec une diode Zener interne permet de rendre Vref plus stable malgré les variations de la tension d’alimentation
- Lorsqu’un courant contrôlé la traverse, la diode produit une chute de tension relativement constante en raison de l’énergie nécessaire pour franchir la région de déplétion de la jonction p-n
- En utilisant un amplificateur opérationnel comme suiveur de tension pour surveiller directement la tension de sortie fournie à la charge, on réduit les limites d’une conception à transistor unique
- Le dispositif détecte la différence entre Vref et Vout
- Il ajuste la tension de grille du transistor dans le sens opposé pour éliminer l’erreur
- Cette rétroaction élimine la relation non idéale entre la tension grille-source et le courant de drain, ainsi que le décalage Vth
- Les deux résistances de rétroaction sont optionnelles et permettent d’ajuster la tension de sortie proportionnellement à la tension de référence de la diode
- Si R1 = R2, Vout vaut 2 × Vref
- Au bout du compte, un régulateur linéaire est une résistance variable sophistiquée, ce qui le rend délicat à utiliser sans raison particulière
- L’énergie est gaspillée proportionnellement à I et V
- Il s’ensuit des problèmes de gestion thermique et une réduction de l’autonomie sur batterie
- Les exceptions concernent les très faibles courants ou les très petites chutes de tension
- Polarisation d’entrée d’amplificateur opérationnel
- Génération d’une tension de référence pour ADC
- Les régulateurs linéaires de précision conviennent à ces usages
Convertisseurs à condensateurs commutés et pompes de charge
- Les régulateurs à découpage peuvent sembler complexes, mais le principe de base d’une pompe de charge est le transfert de charge entre un condensateur volant et un condensateur de sortie
- Lorsqu’on connecte le condensateur volant Cf aux rails d’alimentation, une tension égale à Vsupply apparaît entre ses bornes
- Cette tension est le résultat de la charge stockée dans le champ électrique interne du condensateur
- Elle se maintient brièvement même après déconnexion de l’alimentation
- Lorsqu’on connecte Cf chargé au condensateur de sortie Co, une partie de la charge est transférée vers Co, créant une tension positive aux bornes du condensateur de sortie
- En répétant ce processus, Co se charge presque complètement
- La tension entre A et B se rapproche de Vsupply
- Si la borne la plus négative B du condensateur de sortie est reliée au rail d’alimentation positif, on peut mesurer 2 × Vsupply entre A et C : c’est un multiplicateur de tension
- Dans une vraie pompe de charge, on ne déplace pas physiquement les condensateurs ; on les commute électriquement en basculant quatre FET dans un ordre déterminé
- La fréquence de commutation est généralement de 100 kHz à 2 MHz
- Un circuit de supervision orchestre la commutation pour fournir l’énergie à la charge connectée avec très peu d’interruptions
- Cette supervision peut être réalisée de diverses manières, et les architectures simples à microcontrôleur exécutant un petit programme deviennent de plus en plus courantes
- En modifiant l’agencement des condensateurs de sortie, on peut produire d’autres facteurs de multiplication ou des tensions négatives
- En suspendant Co au rail de masse et en retournant Cf d’avant en arrière, on peut produire une tension négative
- Le transfert de charge étant symétrique, la même approche permet aussi la division de tension
- Les condensateurs confinent bien leur champ électrique interne, et les MLCC modernes présentent une faible impédance aux fréquences de fonctionnement standard des pompes de charge
- Des circuits intégrés convertisseurs comme le LM2776 dépassent souvent 90 % de rendement sur une large plage de charges
- Les interférences radiofréquences ne sont pas très importantes
- La structure est simple et ne nécessite pas de logique de contrôle avancée, ce qui facilite les réalisations improvisées sans puce contrôleur dédiée
- La grande limite des pompes de charge simples est l’absence de vraie régulation de tension
- Elles peuvent produire un multiple arbitraire de Vsupply, mais si la tension d’alimentation fluctue, la sortie fluctue aussi
- Une régulation grossière est possible en surveillant la tension de sortie puis en arrêtant le transfert de charge lorsque le point de consigne est atteint
- On peut aussi ajouter un régulateur linéaire en sortie, mais il faut accepter une perte de rendement
- Le LTC3240 est un exemple de pompe de charge élévatrice régulée à environ ±5 %
- Le transfert de charge d’une pompe de charge est intrinsèquement discontinu et dépend de la différence de tension entre condensateurs
- Plus la tension de sortie se rapproche de la cible, plus la charge transférable à chaque cycle diminue
- Elle est moins adaptée aux usages à fort courant
- Il est rare d’utiliser une pompe de charge pour des charges supérieures à environ 200 mA
- Au-delà, les solutions à inductance prennent l’avantage
Convertisseur buck
- Le régulateur de tension à inductance le plus simple est le convertisseur buck, qui produit une tension de sortie contrôlée inférieure à la tension d’alimentation
- Le contrôleur surveille la tension de sortie et, lorsqu’elle descend sous un niveau prédéfini, ferme le commutateur pour recharger le condensateur de sortie depuis le rail d’alimentation
- Sans moyen de limiter le courant d’appel, le condensateur peut se charger trop rapidement et Vout peut immédiatement dépasser jusqu’à Vsupply
- On pourrait placer une petite résistance sur le chemin de charge, mais une partie de l’énergie serait dissipée en chaleur, ce qui créerait des pertes
- Une inductance est un meilleur choix, car elle s’oppose aux variations de courant tout en stockant réversiblement une partie de l’énergie dans son champ magnétique interne
- Lorsque le commutateur est fermé, le courant dans l’inductance augmente progressivement, ce qui facilite le contrôle du niveau de charge du condensateur
- Lorsque le commutateur s’ouvre, le champ magnétique qui s’effondre dans l’inductance tente de maintenir le courant existant
- S’il n’existe pas de nouveau chemin, une dangereuse pointe de tension apparaît aux bornes de l’inductance
- Le côté commutateur devient négatif, le côté condensateur positif
- L’énergie stockée se dissipe sans produire de travail utile, rendant l’inductance guère différente d’une résistance
- Pour éviter cela, un convertisseur buck simple a besoin d’une diode polarisée en inverse ou d’un commutateur auxiliaire
- Lorsque le côté gauche de l’inductance devient plus négatif que le rail 0 V, la diode conduit
- Le champ magnétique qui s’effondre attire des électrons depuis le rail 0 V et les pousse vers le condensateur et la charge
- Le concepteur doit aussi tenir compte du courant qui circule pendant que le commutateur est coupé, afin d’éviter de surcharger le condensateur
- L’énergie stockée dans le champ magnétique est à peu près proportionnelle au temps d’activation de l’inductance
- L’ampleur du phénomène est donc facile à prévoir et à contrôler
- Les convertisseurs buck mettent en avant leur rendement de commutation élevé, mais les performances optimales n’apparaissent généralement que dans une plage de charge donnée
- L’une des principales sources de pertes est la résistance de la bobine de l’inductance
- Des composants bon marché et de faible encombrement peuvent présenter une résistance élevée
- Le champ électromagnétique qui fuit de l’inductance provoque des pertes et des interférences radio dans les bandes MF et HF
- Dans certaines applications, comme les récepteurs radio ou les amplificateurs de précision, une alimentation à découpage peut poser problème
- À l’inverse, les convertisseurs buck fonctionnent de manière semi-continue et excellent dans le transfert de courants élevés et la régulation de tension
- Il existe un chemin de courant direct entre l’alimentation et la charge
- Une différence de tension cohérente existe aux bornes de l’inductance
- Même de petits dispositifs comme l’AP63203 peuvent gérer plusieurs ampères
- Comme le courant dans l’inductance augmente progressivement, une bonne régulation de tension est possible
- Outre les circuits intégrés nécessitant une inductance externe, il existe aussi des modules intégrés bon marché qui simplifient la conception du circuit
- CUI VXO7803-500
- MPS mEZD71202A-F
- Avec un prix de détail pouvant se situer autour de 1 à 2 $, ils constituent une option permettant de gagner du temps dans les circuits de loisir
Convertisseur boost
- Un régulateur buck ne peut produire que des tensions inférieures au rail d’alimentation : si la tension du condensateur de sortie dépasse la tension d’alimentation, le courant dans l’inductance circule en sens inverse lorsque le commutateur est fermé
- L’approche courante pour produire une tension plus élevée est la topologie boost
- Lorsque le commutateur est fermé, un court-circuit se forme en principe entre les rails d’alimentation, mais pendant un bref instant, l’inductance s’oppose au courant et détourne l’énergie d’alimentation vers son champ magnétique interne
- Cet effet diminue rapidement lorsque le noyau sature
- Pour éviter de détruire l’inductance ou de gaspiller de l’énergie, il ne faut pas laisser le commutateur fermé trop longtemps
- Lorsque le commutateur s’ouvre, le champ magnétique qui s’effondre dans l’inductance tente de maintenir le flux de charge dans la même direction
- La borne gauche de la bobine devient plus négative
- La borne droite devient plus positive
- Le côté le plus négatif reste connecté au rail d’alimentation positif, ce qui maintient le potentiel de référence de l’alimentation constant
- Une tension supérieure à Vsupply apparaît à l’autre borne
- Cette pointe de tension polarise la diode en conduction et transfère l’énergie vers le condensateur
- La force électromotrice maximale que la bobine peut produire peut largement dépasser Vsupply, si bien que le condensateur peut aussi se charger à une tension plus élevée
- Si la commutation est suffisamment rapide et que le processus se poursuit indéfiniment, on peut atteindre des centaines ou des milliers de volts
- La régulation de sortie est donc indispensable
- On peut modifier le temps d’activation de l’inductance pour ajuster la quantité d’énergie transférée à chaque étape
- Les convertisseurs boost comme le MCP1642B/D sont couramment utilisés pour alimenter des dispositifs à tension plus élevée depuis une seule pile alcaline, ou pour produire plus de 10 V pour des dispositifs comme les rétroéclairages LCD
- Les convertisseurs boost partagent la plupart des avantages et inconvénients de la topologie buck
- Ils nécessitent une inductance
- Ils laissent une empreinte importante d’interférences radiofréquences
- Ils peuvent transférer assez facilement des courants importants
Remplacer les diodes dans les implémentations réelles
- Dans les convertisseurs buck et boost réels, la diode est souvent remplacée par un commutateur MOSFET fonctionnant de manière synchrone
- Cette modification ne crée pas de différence fonctionnelle, mais elle évite la chute de tension intrinsèque d’une jonction p-n
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Les convertisseurs DC-DC sont difficiles, mais amusants. Le concept de base est que si l’on fait passer brièvement un courant dans une inductance puis qu’on le coupe, cela produit un gros pic de tension ; c’est ainsi que fonctionne un allumage automobile classique.
Si l’on envoie ce pic vers une diode pour charger un condensateur, on peut obtenir une sortie en courant continu. L’avantage des alimentations à découpage est qu’il y a très peu de résistance sur le chemin de puissance, donc un bon rendement ; l’inconvénient est que, comme elles court-circuitent en pratique l’entrée pendant une partie du cycle, une panne peut provoquer un incendie, et un limiteur de courant d’appel ou un fusible peut être nécessaire.
Il existe des topologies élévatrices, abaisseuses et à transformateur ; avec un transformateur, on peut isoler l’entrée de la sortie, ce qui est indispensable pour la sécurité lorsqu’on fonctionne à partir du secteur AC. Un montage que j’avais réalisé autrefois prenait une entrée USB 5 V DC pour produire du 120 V DC et alimenter un ancien téléscripteur nécessitant 60 mA en 120 V DC : https://github.com/John-Nagle/ttyloopdriver/blob/master/boar...
Le circuit de base est simple, mais il a fallu ajouter plusieurs perles de ferrite CMS et de petits condensateurs pour éviter que les pics ne se propagent vers l’USB d’entrée, la sortie ou en radiofréquence, et choisir les valeurs via des simulations LTspice afin de réduire le bruit de tension et de courant.
Une meilleure manière de comprendre est la suivante : on fait passer du courant de l’alimentation vers l’inductance, ce qui stocke de l’énergie dans le champ magnétique ; quand on arrête, le champ magnétique diminue et cette énergie est reconvertie en courant qui retourne dans le circuit.
L’idée clé est qu’en choisissant bien le timing et les paramètres, on peut choisir la tension du courant en aval. La tension aux bornes de l’inductance dépend de la pente de l’intensité du champ magnétique autour du fil de l’inductance ; en choisissant une autre pente, on peut donc produire une autre tension. Si l’on veut une tension stable, le graphe de l’intensité du champ magnétique ressemble grossièrement à une dent de scie, et le graphe de la tension induite à une onde carrée. C’est une explication simplifiée pour aider à comprendre, mais la dent de scie crée une pente de courant constante, ce qui conduit à une tension constante.
Si le commutateur reste activé trop longtemps et que l’inductance atteint le courant de saturation, ou si l’un des nombreux modes de défaillance en chaîne se produit, l’entrée peut effectivement se retrouver quasiment en court-circuit. C’est une chose qui peut arriver dans beaucoup de circuits électroniques, comme un simple condensateur de découplage au tantale ou un latch-up SCR dans un CI, mais il est utile de penser à ces modes de défaillance lorsqu’on conçoit une topologie d’alimentation.
Cela dit, dans le cas où l’on élève du 5 V à 120 V à partir d’une alimentation USB, je comprends d’où vient l’intuition du « court-circuit ».
Il peut brièvement se produire quelque chose qui ressemble à un court-circuit via les éléments parasites, mais dans le cas idéal, ce n’est pas le cas.
Les puces récentes intègrent généralement un soft start, mais le problème est qu’il faut un condensateur d’entrée, et que ce condensateur ressemble vraiment à un court-circuit au moment où il est connecté pour la première fois.
Avec un petit condensateur céramique, ce n’est généralement pas un gros problème, mais l’inductance du câble peut, par hasard, former un convertisseur élévateur et tenter d’injecter un pic de tension dans le vrai convertisseur.
Il existe un lien intéressant entre les convertisseurs élévateurs et le bélier hydraulique.
Le bélier hydraulique est un dispositif qui utilise l’énergie cinétique d’un courant d’eau pour pomper de l’eau d’un cours d’eau vers un point plus élevé, sans source d’énergie séparée. Les équations des deux dispositifs sont en fait les mêmes, seules les unités changent.
https://en.wikipedia.org/wiki/Hydraulic_ram
Je recommande vivement le cours MIT 6.622 Power Electronics, récemment publié sur OCW.
https://youtube.com/playlist?list=PLUl4u3cNGP62UTc77mJoubhDE...
https://ocw.mit.edu/courses/6-622-power-electronics-spring-2...
Le professeur David Perreault est excellent. Le cours va jusqu’à des sujets avancés dont on n’aura probablement pas besoin à moins de concevoir des systèmes de plusieurs kW, mais il couvre toutes les bases et construit la compréhension depuis le début, de sorte qu’on sait quoi utiliser et à quel moment.
Comme beaucoup de passionnés, qu’ils soient audiophiles ou amateurs de trains miniatures, parviennent à concevoir et réaliser leurs propres circuits, il doit bien exister un chemin accessible ; j’ai vraiment voulu apprendre l’électronique, mais je n’ai pas encore réussi à la maîtriser correctement.
Je connais les bases des résistances, diodes, condensateurs et transistors, et je peux expliquer l’alimentation classique la plus simple composée d’un transformateur, d’un redressement double alternance et d’un condensateur. J’ai déjà monté des circuits numériques de base du type LDO + Arduino/ESP + LED, et j’ai quelques notions de physique fondamentale. Je soude bien.
Je vois plutôt l’exact inverse dans l’affirmation selon laquelle « à cause des problèmes de gestion thermique et de la réduction de l’autonomie de la batterie, la régulation linéaire ne vaut presque jamais la peine ». Si le texte s’adresse à des makers, une grande partie des projets sont probablement alimentés par un chargeur USB 5 V et ne consomment que quelques centaines de mA
Les LDO sont très bon marché, faciles à trouver, ont des caractéristiques de sortie plutôt correctes et sont très simples à utiliser. Si l’on dispose en pratique d’un 5 V illimité et qu’on a besoin de 3,3 V à 100 mA, pourquoi s’en priver ?
À l’inverse, un convertisseur abaisseur demande un vrai travail d’ingénierie. On ne peut pas simplement poser un IC au hasard et s’attendre à ce qu’il fonctionne parfaitement du premier coup. Il faut soit utiliser un module entièrement intégré coûteux, soit faire pas mal de calculs et d’approvisionnement de composants soi-même. Pour un maker qui conçoit un petit PCB ponctuel, aucune des deux options n’est très séduisante
Même avec un composant comme l’ESP32 qui a besoin de 250 mA, c’est suffisant, et 2,40 dollars reste acceptable pour un projet amateur
Les convertisseurs abaisseurs bon marché sont très bruyants, ce qui devient assez gênant quand on réalise des projets audio ou radio, ou quand ce type d’appareil se trouve à proximité
Mais si, par exemple, il faut passer de 24 V à 3,3 V, un LDO peut chauffer fortement, et même à 100 mA les pertes dépassent 2 W. Au final, « ça dépend du contexte » est bien la bonne réponse
Du point de vue d’un débutant, beaucoup de tutoriels sont très agaçants parce qu’ils passent rapidement sur le sujet avec quelque chose du genre : « il y a ici un interrupteur ou un oscillateur magique indispensable au fonctionnement du convertisseur élévateur, mais je ne vais pas expliquer comment l’implémenter réellement »
En plus, ce circuit doit fonctionner au niveau de la tension de démarrage, et dans bien des cas il doit aussi être isolé galvaniquement du convertisseur. Il y a beaucoup de choses à gérer, et en pratique ce n’est pas anodin
La réponse habituelle consiste à trouver un IC qui fonctionne à la tension d’entrée voulue, ou à alimenter le générateur PWM avec une petite quantité d’énergie fournie par un régulateur linéaire. Il faut aussi se méfier des réponses générées par l’IA. Claude 3.5 Sonnet a proposé de connecter directement un Arduino au 230 V et, même après plusieurs échanges, a produit un circuit contenant des éléments absurdes comme des « diodes antiparallèles » qui n’avaient aucun sens
On peut filtrer selon des paramètres comme la plage de tension d’entrée, la plage de tension de sortie et la puissance, puis selon la complexité — en gros le nombre de composants dans la BoM —, la taille, le coût, etc. Les conceptions incluent généralement aussi un layout de référence
https://webench.ti.com/power-designer/
Je travaille sur les tests de compatibilité électromagnétique dans l’automobile, et la cause d’un échec aux tests ou d’une perturbation d’autres appareils vient presque toujours de la conversion de tension
Les convertisseurs abaisseurs-élévateurs sont bruyants et délicats, et lorsqu’on utilise l’IC monolithique du fournisseur le moins cher, le débogage n’est pas simple non plus. Cela mène à des discussions assez pénibles
En travaillant récemment sur de l’audio, j’ai souvent vu de nombreux dispositifs, par exemple ceux qui convertissent 3,7 V en 5 V, injecter du bruit sur les rails d’alimentation, bruit qui finit par atteindre jusqu’à l’entrée micro
La fonction de prise en charge batterie de pisource est particulièrement mauvaise à cet égard, mais beaucoup d’autres alimentations sur batterie font la même chose. Les micros ne sont pas les seuls touchés : des capteurs sensibles comme les accéléromètres le sont aussi
J’aimerais qu’à l’avenir les personnes qui conçoivent des convertisseurs DC-DC veillent à fournir une alimentation suffisamment propre pour éviter ce genre de problème
C’est intrinsèquement inévitable et extrêmement sensible au routage de la carte. Filtrer activement ou passivement l’ensemble de ces composantes fréquentielles à large bande n’a rien de trivial ; il n’existe pas de solution générale, seulement un espace de compromis à très grande dimension
Il est exact que le bruit est important dans les circuits analogiques, et si on le souhaite on peut dépenser beaucoup d’argent dans des modules DC/DC spécialisés qui cherchent à réduire le bruit au maximum avec une inductance intégrée
Le rendement de 96 % des convertisseurs synchrones paraît excellent sur le papier, mais à mesure que la consommation des ordinateurs monocartes continue d’augmenter et que les moteurs BLDC peuvent fonctionner à des tensions plus élevées, alimenter les deux depuis la même source crée de gros problèmes thermiques
Abaisser 12 V en 5 V 5 A produit une chaleur gérable, mais quand la batterie monte à 20 V ou 30 V, les pertes thermiques dues à la forte chute de tension commencent à faire fondre ce qui se trouve autour. Dans certains cas, même si les pertes augmentaient, il a fallu utiliser des rails d’alimentation en cascade : d’abord abaisser à 24 V, puis de 24 V à 12 V, et de 12 V à 5 V, afin de répartir la chaleur entre plusieurs convertisseurs abaisseurs. J’aimerais savoir quelle est la solution professionnelle, à part un énorme dissipateur thermique
Puisque l’ordinateur monocarte dissipe déjà 25 W, les 2 W du convertisseur DC-DC peuvent être gérés de la même manière
https://www.meanwellusa.com/webapp/product/search.aspx?prod=...
Au-delà d’un certain niveau de puissance, il devient physiquement impossible de s’en sortir uniquement avec un refroidissement par convection. Si l’on regarde les amplis audio ou les CPU/GPU courants, on trouve des bancs de MOSFET, de condensateurs et d’inductances. Le nombre de composants dans la BoM peut augmenter, mais les exigences imposées à chaque composant diminuent
Le risque, c’est qu’il faut soigneusement classer et apparier les MOSFET. Si on les fait fonctionner trop près de leur courant nominal, l’un peut griller, la charge se répartit alors sur les autres, qui peuvent ne pas supporter cette charge supplémentaire et tomber en panne en cascade en un temps très court. Ou bien, si l’un d’eux tombe en panne en court-circuit plutôt qu’en circuit ouvert, les autres meurent immédiatement
Pour prévenir gentiment les personnes qui ne sont pas familières avec l’électronique, cet article est écrit dans le style « maintenant, dessinez le reste de la chouette ». Je ne sais pas très bien à quel public il s’adresse.
Les personnes capables de lire un contenu de ce niveau savent déjà probablement la plupart de ces choses, voire davantage. Les autres auront besoin d’un livre, et ce livre, comme ce contenu est assez fondamental, le traitera et leur permettra aussi de dériver et de comprendre les équations présentées ici.
Si le titre contient « conversion de tension DC-DC », je pense que cela suffit à filtrer les personnes qui n’ont absolument aucune idée de ce que cela signifie, ainsi que celles qui savent déjà précisément comment faire.
Dans le monde des microcontrôleurs, une alternative courante consiste simplement à mettre quelques diodes en série. C’est une solution très simple, et je l’ai effectivement vue utilisée plusieurs fois.