Convertisseurs Buck

Un convertisseur Buck, encore appelé convertisseur abaisseur, est un convertisseur de puissance c.c.-c.c. qui abaisse la tension de son entrée à sa sortie. Un convertisseur abaisseur intègre les composants principaux et les circuits nécessaires dans un seul dispositif.

Les convertisseurs Buck sont présents dans de nombreuses applications électroniques, dans lesquelles leurs propriétés de régulation de puissance sont un élément essentiel.

Comment fonctionne un convertisseur Buck ?

Un convertisseur Buck est un type d'alimentation à découpage, une classe de dispositif qui intègre un commutateur (par exemple, typiquement un MOSFET) pour activer et désactiver rapidement le circuit. Cette commutation rapide crée une onde carrée. Si le cycle de service du commutateur est réglé à 50 %, c'est-à-dire que le commutateur est activé à 50 % du temps, la tension moyenne sera de 50 % de l'entrée.

L'onde carrée doit être lissée pour fournir une puissance utile, généralement, une inductance et un condensateur sont utilisés en série pour remplir cette fonction. Cette combinaison est appelée filtre LC passe-bas. Les propriétés d'une inductance lissent le flux de courant, tandis que le condensateur résiste aux changements soudains de tension. L'effet combiné produit une sortie de tension relativement lisse avec une faible ondulation. Par exemple, si la tension d'entrée est de 10 V, et que le commutateur utilise un cycle de service de 50 %, la tension de sortie est de 5 V.

Un autre composant nécessaire d'un convertisseur abaisseur est d'intégrer une diode ou un autre commutateur en parallèle avec l'inductance. Ceci permet de compenser la propriété d'une inductance, en ce que le courant dans une inductance ne peut pas changer instantanément, protégeant ainsi le transistor de commutation contre la surcharge et la destruction.

Les convertisseurs Buck intègrent également des circuits supplémentaires pour garantir une tension de sortie stable. Le convertisseur utilise un schéma de commande en boucle fermée avec rétroaction négative pour surveiller la sortie de tension et ajuster dynamiquement le cycle de service du commutateur afin de réguler la tension de sortie.

Considérations de conception

• Les convertisseurs Buck sont très efficaces, avec certains dispositifs offrant des rendements supérieurs à 95 %.
• Les convertisseurs Buck peuvent être plus économiques que les régulateurs linéaires à des niveaux de puissance plus élevés, le coût de l'élimination de la chaleur générée par un régulateur linéaire peut être inférieur à l'utilisation d'un convertisseur abaisseur.
• La sortie d'un convertisseur abaisseur est dotée d'un bruit, ce qui signifie que la sortie plus stable d'un régulateur de tension linéaire est mieux adaptée pour les applications nécessitant un faible bruit de sortie.
• Les régulateurs linéaires peuvent répondre plus rapidement aux changements d'entrée et de sortie, par rapport à un convertisseur abaisseur.