Lors du choix d'un régulateur à découpage, l'efficacité est le critère le plus important. Les appareils compacts modernes doivent assurer une alimentation électrique fiable dans un encombrement réduit. La capacité à générer des tensions stables tout en fournissant un courant important est une exigence fondamentale dans la conception de composants électroniques. Les régulateurs à découpage sont des dispositifs essentiels pour générer des tensions d'alimentation stables et augmenter ou diminuer les tensions. Les régulateurs à découpage sont connus sous différents noms : convertisseurs ou commutateurs, alimentations à découpage (SMPS) et régulateurs ou convertisseurs CC/CC. Leur popularité ne cesse de croître grâce à leurs avantages, tels que le respect des exigences de rendement de conversion de puissance élevé, la flexibilité permettant d'obtenir des sorties stables à partir d'une seule source de tension d'entrée et l'adaptabilité aux configurations multi-sorties avec des polarités variables. Les types de convertisseurs à découpage les plus courants sont :

Type de suralimentation:Augmente la tension d'entrée et fournit une sortie régulée.

Type de bouc:Réduit la tension d'entrée et fournit une sortie régulée.

coup de pouce:Augmente ou diminue la tension d'entrée, avec une polarité négative en option.

Type Flyback:Une variante buck-boost qui fournit une isolation électrique.

Régulateurs de tension linéaires à tension constante et réglable

Pendant des années, les conceptions d’alimentation électrique se sont appuyées sur des régulateurs linéaires. Les régulateurs linéaires excellent dans la fourniture de tensions de sortie continues et fixes. De plus, d'autres régulateurs linéaires (par exemple, le LM317) offrent une grande adaptabilité. Les régulateurs de tension de sortie constante et linéaire les plus courants sont les séries 78xx (sortie positive) et 79xx (sortie négative). Ces régulateurs fournissent des tensions de sortie stables de 5 V à 24 V. Les régulateurs linéaires ne sont pas des alimentations à découpage. Leurs avantages sont la simplicité, le faible coût, le faible bruit et la faible ondulation. Cependant, leur puissance de sortie est généralement inférieure à 10 W et leur rendement est souvent faible, ce qui entraîne un dégagement de chaleur. Les régulateurs linéaires ne peuvent effectuer qu'une régulation descendante, tandis que les alimentations à découpage peuvent utiliser des topologies abaisseur, élévateur ou abaisseur-élévateur pour augmenter, diminuer ou inverser les polarités.

Systèmes d'alimentation à découpage

La plupart des téléviseurs, ordinateurs personnels, variateurs de moteur à courant continu et amplificateurs de puissance modernes nécessitent des alimentations à découpage (SMPS) avancées et à haut rendement. Ces dispositifs utilisent la technologie de commutation à semi-conducteurs plutôt que les méthodes linéaires conventionnelles pour fournir des tensions de sortie. Un convertisseur à découpage de base se compose d'un étage de commutation de puissance et d'un circuit de commande. Les SMPS offrent une dissipation de puissance plus faible et une efficacité plus élevée en faisant fonctionner des transistors internes (ou des MOSFET de puissance) dans des états saturés « ON » et coupés « OFF ».

Régulateurs à découpage Buck

La série LM2596x de SLKOR Semiconductor propose des convertisseurs abaisseurs DC/DC à haut rendement, ce qui en fait une solution compacte pour les applications nécessitant une conversion de puissance efficace, comme les conceptions automobiles et industrielles. Le LM2596x intègre un oscillateur à fréquence fixe et un module de compensation de fréquence.

Sa conception simple nécessite un minimum de composants externes. La puce intègre également une activation avec hystérésis, une protection contre les surchauffes, une protection contre les surintensités et une protection contre les surintensités secondaires. En cas de surintensité secondaire, la puce réduit la fréquence de fonctionnement de 150 kHz à 50 kHz. Le régulateur à découpage abaisseur LM2596S-ADJ en est un exemple (figure 1).

Figure 1: LM2596S-ADJ Le régulateur à découpage abaisseur fournit une tension de sortie stable. (Crédit image : SLKOR Semi-conducteur)

Le régulateur à découpage abaisseur LM2596SX-12 (figure 2) est un convertisseur CC/CC PWM à fréquence fixe de 150 kHz. Il offre une capacité de commande de courant de sortie de 3 A, un rendement élevé, une faible ondulation et une excellente régulation ligne/charge. Grâce à la modulation PWM, la puce prend en charge un rapport cyclique linéaire de 0 à 100 %.

Ce composant offre non seulement une excellente réponse transitoire, mais occupe également un espace minimal sur le circuit imprimé. Son boîtier compact et sa densité de puissance élevée le rendent idéal pour les écrans LCD, les téléviseurs, les cadres photo numériques, les décodeurs, les modems, les appareils de télécommunication et les équipements réseau.

Figure 2: LM2596SX-12 Le régulateur de commutation abaisseur répond aux exigences de basse tension. (Crédit image : SLKOR Semi-conducteur)

Régulateurs de commutation Boost

Le SL2733 est un convertisseur élévateur CC/CC conçu pour fournir un courant constant et précis pour le pilotage de plusieurs LED. Avec une fréquence de commutation fixe de 1 MHz, le SL2733 peut être associé à de petits condensateurs et inductances céramiques externes. Le courant de sortie est réglable via une résistance externe (R1), ce qui permet au composant de piloter plusieurs LED en série. Le SL2733 est adapté au pilotage de LED identiques, prenant en charge jusqu'à neuf LED blanches en série ou une tension de pilotage maximale de 32 V. La luminosité des LED est réglable via une tension continue, un signal logique ou un signal de modulation de largeur d'impulsion (MLI). La broche d'arrêt (SHDW) permet au composant de fonctionner en mode veille à faible courant de repos. Outre la protection thermique et la limitation du courant de surcharge, la puce passe en mode ultra basse consommation en cas de défaut de circuit ouvert des LED. Elle est logée dans un boîtier compact SOT23-5.

Plus petit est mieux

Le SL2188 Réduit le nombre de composants externes. Ce dispositif prend en charge des composants externes compacts, tandis que sa fonction de démarrage progressif minimise le courant d'appel. Il gère une large plage de charges de courant et intègre un MOSFET de puissance capable de supporter des courants de commutation de crête supérieurs à 1 A, avec une tension de sortie allant jusqu'à 3.6 V. Cette conception polyvalente, haute puissance et compacte est idéale pour les produits de batterie au lithium à cellule unique, y compris les systèmes de batteries alcalines, NiMH ou NiCd à deux et trois cellules. Les convertisseurs boost comme le SL2188 Ils sont idéaux pour les périphériques sans fil, les accessoires de jeu, les appareils médicaux personnels et les lecteurs multimédias portables. Les progrès technologiques rapides continuent de favoriser la réduction des formats. Comparé au SOP-J8, le SL23 en boîtier SOT2188 réduit considérablement la surface requise sur le circuit imprimé.

Figure 3 : À mesure que la conception des composants diminue, les boîtiers miniaturisés (par exemple, SOT23) deviennent essentiels. (Crédit image : SLKOR Semi-conducteur)

Maximiser l'efficacité tout en réduisant la consommation d'énergie

La demande de miniaturisation reste un moteur, tout comme la nécessité de maintenir la fiabilité et l'efficacité énergétique. Le régulateur à découpage abaisseur SY8120B (figure 4) offre une conception compacte avec une sortie réglable et une alimentation fiable.

Figure 4 : Le SY8120B est un régulateur à découpage abaisseur de tension qui fournit de l'énergie de manière fiable dans un design plus petit et plus compact. (Crédit image : SLKOR Semi-conducteur)

Certains pourraient penser que la miniaturisation sacrifie la capacité de charge ou la fiabilité de la fourniture d’énergie, mais ce n’est pas le cas. Le SY8120B atteint un rendement de conversion élevé tout en réduisant la consommation d'énergie (Figure 5). Grâce à un faible courant de veille, les appareils alimentés par batterie minimisent la consommation d'énergie au repos. De plus, le contrôle constant de la durée de fonctionnement permet un fonctionnement efficace à faible charge.

 
Figure 5 : Les concepteurs recherchent des convertisseurs abaisseurs CC/CC à haut rendement qui fournissent une alimentation fiable. (Crédit image : SLKOR Semi-conducteur)

Convertisseurs Flyback pour applications AC/DC et DC/DC

Un convertisseur flyback est une topologie abaisseur-élévateur intégrant un transformateur flyback. Il convient à la conversion CA/CC et CC/CC, assurant une isolation électrique entre l'entrée et la sortie. Il offre également des avantages en termes de multiplication du rapport de tension et d'isolation. Les convertisseurs de puissance isolés utilisent deux schémas de contrôle : le contrôle en mode tension et le contrôle en mode courant. Pour un fonctionnement stable, le contrôle en mode courant est généralement privilégié.

Convertisseurs DC/DC Buck-Boost

Un convertisseur abaisseur-élévateur est un convertisseur CC/CC classique dont la tension de sortie peut être supérieure ou inférieure à la tension d'entrée. Il peut également générer des tensions négatives. Similaire à un convertisseur flyback, il utilise une seule inductance au lieu d'un transformateur. Plus précisément, le convertisseur abaisseur-élévateur comprend deux topologies distinctes capables de générer des tensions de sortie allant d'une tension supérieure à la tension d'entrée jusqu'à zéro. Les alimentations CC/CC, parfois appelées « hacheurs », comprennent un circuit abaisseur-élévateur qui fonctionne comme un convertisseur élévateur ou abaisseur selon le rapport cyclique.

Conclusion

La conversion de puissance à haut rendement dans les conceptions automobiles et industrielles modernes repose sur des régulateurs à découpage. Face à la compacité croissante des conceptions, la demande de dispositifs polyvalents et à haut rendement, capables de maintenir des niveaux de puissance stables, n'a jamais été aussi forte. Bien que les régulateurs à découpage puissent être désignés sous différentes appellations : alimentations à découpage, régulateurs à découpage CC/CC, convertisseurs ou régulateurs,SLKOR propose une large gamme de solutions compactes pour les applications nécessitant une conversion de puissance efficace.

Les régulateurs à découpage sont très utiles dans la conception de systèmes électroniques, offrant une conversion de puissance stable et efficace, miniaturisés et multifonctions. Ils sont largement adoptés dans de nombreux domaines. Cet article nous a permis de mieux comprendre les concepts fondamentaux et les différents types de régulateurs à découpage, les différences entre régulateurs linéaires et alimentations à découpage (SMPS), et SLKORLes produits de régulateurs de commutation à haut rendement de et leurs applications. 

Quelles sont vos expériences ou questions concernant la conception et les applications des régulateurs à découpage ? Partagez vos impressions dans les commentaires !