Aperçu des convertisseurs

Que signifie CC ?

CC signifie courant continu, c'est-à-dire « écoulement unidirectionnel de charge électrique ». Les sources d'alimentation CC que nous utilisons sont les cellules photovoltaïques, les accumulateurs et les thermocouples, entre autres. Le CC est flexible et peut transiter par des conducteurs tels que les fils électriques mais aussi par des isolateurs, semi-conducteurs et même dans le vide. Le courant circule toujours dans la même direction, et c'est cette caractéristique qui différencie le CC du CA ou courant alternatif qui, lui, change de direction.

On utilise souvent le courant continu pour charger des accumulateurs et des appareils électroniques. On utilise aussi le courant continu pour les systèmes d'alimentation de troisième rail et la propulsion ferroviaire. Le CC signifie courant continu mais aussi polarité constante. La tension de certains types de CC varie, mais ce n'est pas le cas de la plupart d'entre eux. Un bon exemple de tension variable est la fluctuation des signaux voix sur une ligne électrique. On ne doit jamais tenter d'inverser la polarité d'un appareil CC, sauf s'il comporte un pont de diodes qui permettra d'effectuer ce changement. La plupart des appareils à batterie que nous utilisons ne comportent pas de pont de diodes ; une tentative d'inversion de la polarité les détruirait.

L'industrie automobile et aéronautique utilise souvent ces types de systèmes. La plupart des véhicules utilisent le 12 volts, mais quelques-uns peuvent avoir des systèmes 42 volts ou 6 volts. La plupart des avions légers utilisent le 12 volts ou le 28 volts. Les systèmes téléphoniques contiennent des composants CA et CC. Tout objet contenant une batterie ou pile fonctionne au CC, qu'il s'agisse de radios portables ou de jouets.

 

Quelle est la différence entre le CC et le CA ?

L'inventeur Thomas Edison était un champion du courant continu. Avec d'autres, il a constaté que l'énergie électrique et les champs magnétiques avaient de nombreux liens. Quand il y a un champ magnétique près de fils métalliques, les électrons du fil circulent dans une seule direction, et nous avons déjà établi qu'il s'agissait du courant continu. Les électrons se déplacent car ils sont attirés ou repoussés par les pôles magnétiques. Cette découverte a montré aux chercheurs qu'il était possible de stocker de l'énergie dans un accumulateur puis de l'utiliser.

Mais le CC n'était pas la seule source d'électricité. Un autre chercheur, Nikola Tesla, a travaillé sur le système du courant alternatif car il estimait qu'il pouvait transférer l'énergie plus efficacement. Il n'a pas utilisé le magnétisme sur le fil dans une direction régulière. Il a fait pivoter l'aimant, ce qui a créé une énergie alternative. Quand l'aimant se trouvait dans une position donnée, les électrons circulaient dans une direction. Le changement, ou alternance, de la position de l'aimant changeait la direction des électrons.

L'une des plus grandes différences entre le CA et le CC est la quantité d'énergie qu'ils peuvent transporter. La tension CC peut produire une certaine quantité d'électricité continue. Plus elle va loin, plus elle s'affaiblit. La tension CA provenant de générateurs peut modifier la puissance, en l'augmentant ou la diminuant en traversant des transformateurs.

L'utilisation d'un adaptateur permet de changer l'énergie CA en énergie CC. Cela se produit dans de nombreux appareils électroniques tels que les claviers musicaux, les ordinateurs portables et d'autres appareils exigeant un adaptateur.

 

Qu'est-ce que la conversion CC-CC ?

Un convertisseur CC-CC est un type de circuit électronique qui prend la source CC et la convertit de la tension actuelle en une autre tension. Dans certains cas, il faut augmenter ou diminuer la tension. C'est une situation très courante dans les automobiles. Certains appareils que vous utilisez dans votre voiture, comme un lecteur de DVD portable pour les enfants, ont besoin d'énergie pour fonctionner. Une puissance trop élevée pourrait endommager les appareils. Une puissance trop faible ne suffirait pas à les faire fonctionner. Comme l'appareil doit tirer son alimentation sur la batterie du véhicule, et que celle-ci risque d'être trop puissante, il faut convertir l'énergie. Mais celle-ci doit conserver la forme de tension CC. Pour y parvenir, différents types de convertisseurs CC-CC sont disponibles.

Les convertisseurs prennent l'énergie dans la batterie et la ramènent à un niveau utilisable. Dans le cas d'appareils ayant besoin de plus de puissance, un convertisseur peut l'augmenter. Beaucoup d'appareils utilisés dans un véhicule sont fournis avec des adaptateurs que vous pouvez brancher dans votre voiture. Ces adaptateurs convertissent l'énergie pour que votre appareil fonctionne correctement. Il est cependant important de veiller à toujours utiliser l’adaptateur adéquat à l'appareil. Sinon, l'appareil pourrait tirer trop de puissance, ce qui endommagerait l'électronique.

 

Pourquoi faut-il convertir le CC en CC ?

À la différence du courant alternatif, on ne peut pas augmenter ou diminuer la tension avec un transformateur. Dans certains cas, il faut réduire la puissance d'une grosse batterie de poids lourd fonctionnant sur 24 volts jusqu'au 12 volts pour alimenter une radio. Dans les voitures, la batterie de 12 volts fournit trop de puissance à certains appareils connectés, comme un téléphone. Ces appareils ont donc un convertisseur qui réduit encore plus la puissance pour qu'elle ne présente pas de danger pour eux.

 

Que sont les convertisseurs CC-CC ?

Comme les convertisseurs CC-CC ont plusieurs utilisations différentes, il en existe plusieurs types en fonction de la tâche à effectuer. Certains convertisseurs conviennent à certaines tâches, mais pas d'autres. L'utilisateur doit donc connaître exactement les caractéristiques des convertisseurs qu'il utilise afin de ne pas endommager son équipement. Certains convertisseurs augmentent la puissance alors que d'autres la réduisent. Certains convertisseurs peuvent même faire les deux.

 

Comment fonctionne un convertisseur CC ?

Le convertisseur CC de base prend le courant et le fait circuler dans un « élément de commutation ». Ceci transforme le signal en une onde carrée, qui est en fait du courant alternatif. L'onde traverse alors un autre filtre, qui la reconvertit en signal CC de la tension appropriée.

 

Quelle est la différence entre les convertisseurs CC-CC isolés et non isolés ?

Deux des termes souvent associés aux convertisseurs CC-CC sont « non-isolé » et « isolé ». Les convertisseurs non isolés sont souvent utilisés quand le changement de tension est peu important. Cinq types de convertisseurs appartiennent à cette catégorie. Les terminaux d'entrée et de sortie partagent une « terre commune ». Les convertisseurs CC-CC sont très répandus et constituent généralement une solution moins coûteuse pour la plupart des appareils. L'un des inconvénients des convertisseurs non isolés est le fait qu'ils n'ont pas beaucoup de protection contre les hautes tensions électriques. Souvent, ils sont aussi plus bruyants.

• Abaisseur (Buck) – Le convertisseur abaisseur est utilisé dans toutes les situations où l'on doit réduire la tension.
• Élévateur (Boost) – Un convertisseur élévateur fait l'inverse du convertisseur abaisseur. Il augmente la tension.
• Abaisseur-élévateur - Ce type de convertisseur peut réduire ou augmenter la tension. Ce convertisseur est le plus souvent utilisé pour inverser la polarité.
• Cuk – Ce type de convertisseur est similaire aux convertisseurs abaisseurs-élévateurs. La plus grande différence est surtout le nom. En effet, le Cuk porte le nom de Slobodan Cuk, son inventeur.
• Pompe de charge – Ce convertisseur est utilisé pour augmenter ou réduire la tension dans les applications de faible puissance.

 

Dans un convertisseur CC-CC isolé, il y a une séparation entre les terminaux d'entrée et de sortie. Ces convertisseurs ont une bonne isolation contre la tension. Ils sont utiles pour les terres négatives ou positives car on peut aussi les utiliser comme terre flottante dans différents types d'équipements tels que les équipements de télécommunications. À la différence des convertisseurs non isolés, ils peuvent bloquer le bruit et les interférences. Cela leur permet de fournir une source CC plus propre. Enfin, ils sont également plus sûrs. Il existe deux types de base de convertisseurs isolés.

• Convertisseur à récupération – Ce convertisseur fonctionne de manière similaire au convertisseur abaisseur-élévateur de la catégorie non isolée. La différence est qu'il utilise un transformateur pour stocker l'énergie au lieu d'un inducteur.
• Convertisseur direct – Les convertisseurs directs sont très différents. Ils utilisent le transformateur pour envoyer l'énergie entre l'entrée et la sortie en une seule étape.

 

Il existe trois catégories d'isolation :

• Opérationnelle – Pour une sortie isolée avec protection contre les défauts.
• Basique – La forme basique d'isolation offre un transformateur avec protection unique contre les défauts.
• Renforcée – Contient deux couches d'isolation pouvant offrir une séparation physique.

Les convertisseurs isolés et non isolés ont leur propre utilisation, et le bon choix dépendra toujours de l'application et des besoins individuels. Même les meilleurs convertisseurs dissipent de l'énergie. Le choix du bon convertisseur peut limiter la perte d'énergie et vous donne la meilleure option pour chaque application, quelle que soit sa taille.

 

Quels sont les types de convertisseurs CC-CC ?

 

• Adaptateurs d'énergie fixes pour automobiles – L'énergie qui entre dans votre véhicule, fournie par la batterie, peut être trop élevée pour certains modules et appareils. Les fabricants utilisent donc souvent des adaptateurs pour que vos appareils soient alimentés avec une tension adéquate. Ils sont disponibles avec différentes tensions d'entrée et de sortie pour obtenir la meilleure performance possible et le maximum de sécurité. Ils ont aussi une protection contre les surtensions et les courts-circuits.
• Convertisseurs CC-CC isolés – Comme on l'a déjà mentionné, ces convertisseurs ont un transformateur interne qui transforme la tension d'entrée en une tension de sortie différente pour votre appareil. Avec ce convertisseur, la sortie est isolée de l'entrée.
• Convertisseurs CC-CC non isolés – Comme leur nom l'indique, ils n'ont pas d'isolation entre l'entrée et la sortie. Ils sont généralement utilisés pour les tensions plus faibles. Ils peuvent augmenter ou réduire la tension, et certains convertisseurs peuvent même faire les deux.
• Adaptateurs portables pour alimentation voiture – Les adaptateurs portables pour alimentation voiture sont des appareils très pratiques que l'on peut utiliser avec toutes sortes d'appareils électroniques pour s'en servir en voiture. Ils peuvent servir d'adaptateur pour un lecteur de DVD, un lecteur de CD, un téléphone et bien d'autres choses. Le but de ces adaptateurs est de prendre l'alimentation CC qui vient de la batterie du véhicule et de la réduire pour qu'elle puisse fonctionner avec les appareils électroniques personnels sans leur fournir une tension trop élevée qui risquerait de les endommager. Il faut absolument acheter les adaptateurs adéquats pour qu'ils puissent bien protéger les appareils électriques.

 

Que sont les régulateurs à découpage ? Comment fonctionnent-ils ?

Un régulateur à découpage crée une certaine tension de sortie fixe qui reste constante quelles que soient les fluctuations de la tension d'entrée. Deux types différents de régulateurs sont disponibles : à découpage et linéaire.

Le régulateur linéaire utilise un amplificateur différentiel à haut gain pour contrôler le dispositif à passage actif. Le régulateur compare la tension de sortie avec la tension de référence et apporte des ajustements pour que la tension de sortie reste toujours constante. La plupart du temps, les régulateurs linéaires alimentent les appareils de basse puissance.

Ils sont très courants, faciles d'utilisation et relativement bon marché. Mais ils ont certains inconvénients. Ils ne sont pas aussi efficaces que les régulateurs à découpage, car ils dissipent une quantité d'énergie importante. Ces régulateurs ont une efficacité maximale d'environ 40 %. Certains sont loin d'y arriver.

En revanche, les régulateurs à découpage convertissent la tension CC d'entrée en tension commutée ramenée vers le circuit qui contrôle le commutateur marche/arrêt. Il peut activer ou désactiver le commutateur pour maintenir la tension de sortie constante, quel que soit le courant de charge ou la tension d'entrée. Les régulateurs à découpage utilisent des sections d'énergie plus petites que les régulateurs linéaires, ce qui contribue à les rendre plus efficaces.

Les convertisseurs CC-CC permettent d'obtenir plus facilement la bonne quantité de tension CC pour différents appareils. Il est crucial de choisir le bon type de convertisseur pour chaque tâche, pour garantir la sécurité de toute personne utilisant l'appareil ainsi que celle de l'appareil lui-même.