Le rendement passe par le régulateur de tension à découpage approprié

Le rendement est primordial lorsqu'il s'agit de choisir le régulateur de tension à découpage approprié. La capacité à fournir une alimentation fiable dans un format compact est nécessaire pour les dispositifs miniaturisés d'aujourd'hui.

L'une des exigences fondamentales de la conception électronique est la capacité à générer des tensions stables pouvant fournir des quantités substantielles de courant. Les régulateurs à découpage constituent des composants essentiels pour générer des tensions d'alimentation stables et pour élever ou abaisser les tensions.

Les régulateurs de tension à découpage peuvent avoir de nombreuses appellations : alimentations à découpage (SMPS) et convertisseurs ou régulateurs CC/CC. Leur popularité ne cesse de croître en raison des avantages qu'ils offrent pour des besoins de conversion de puissance plus efficaces, de la flexibilité d'une sortie stable à partir d'une seule source de tension d'entrée et de la capacité à prendre en charge plusieurs tensions de sortie de polarités différentes.

Les types de convertisseurs à découpage les plus courants sont les suivants :

• Élévateur, la tension d'entrée est augmentée et conditionnée pour la sortie
• Abaisseur, la tension d'entrée est abaissée et conditionnée pour la sortie
• Abaisseur-élévateur, la tension d'entrée est augmentée ou abaissée avec une option de polarité négative
• Indirect (flyback), un type abaisseur-élévateur qui fournit également une isolation galvanique

Régulateurs de tension linéaires fixes et réglables

Pendant de nombreuses années, les conceptions d'alimentation se sont appuyées sur des régulateurs de tension linéaires, qui se sont avérés excellents pour fournir une tension de sortie fixe continue. Il existe d'autres régulateurs de tension linéaires, comme le LM317, qui sont réglables.

Les types de régulateurs de tension de sortie fixes et linéaires les plus populaires sont les séries 78xx à tension de sortie positive et 79xx à tension de sortie négative. Ces régulateurs de tension produisent une sortie stable s'étendant de 5 V à 24 V.

Les régulateurs de tension linéaires ne sont pas des alimentations à découpage. Les régulateurs de tension ont l'avantage d'être simples et économiques. Ils ont généralement une puissance de sortie inférieure à 10 W, ont tendance à être moins efficaces, générant par conséquent de la chaleur, et présentent de faibles caractéristiques de bruit et d'ondulation. Les régulateurs linéaires n'ont qu'une régulation de tension de type abaisseur, tandis qu'une alimentation à découpage peut fournir une augmentation, une diminution et une négation de la tension d'entrée à l'aide de composants abaisseurs, abaisseurs-élévateurs et élévateurs.

Systèmes d'alimentation à découpage

La plupart des téléviseurs, ordinateurs personnels, variateurs moteurs CC et amplificateurs de puissance modernes requièrent une alimentation à découpage avancée et efficace, qui utilise des techniques de découpage à semi-conducteurs au lieu de méthodes linéaires standard pour fournir une tension de sortie. Le convertisseur à découpage de base consiste en un étage de commutation de puissance et un circuit de commande.

Avec une dissipation de puissance plus faible, l'alimentation à découpage présente l'avantage d'un rendement plus élevé en commutant en interne un transistor (ou MOSFET de puissance) entre l'état saturé ON et l'état de coupure OFF.

Régulateurs à découpage abaisseurs

La série BD9x de ROHM Semiconductor offre aux concepteurs des convertisseurs abaisseurs CC/CC à haut rendement, une option compacte pour les applications exigeant une conversion de puissance efficace, y compris les conceptions automobiles et industrielles. La série BD9x présente une conception simplifiée avec un nombre réduit de composants permettant d'économiser de l'espace et de rationaliser le processus de fabrication. Le faible courant de veille permet de prolonger la durée de vie des batteries dans les applications portables tout en maintenant une tension de sortie stable pour des performances fiables, comme le régulateur à découpage abaisseur BD9A201FP4-LBZTL (Figure 1).

Figure 1 : Le régulateur à découpage abaisseur BD9A201FP4-LBZTL fournit une tension de sortie stable. (Source de l'image : ROHM Semiconductor)

Le régulateur à découpage abaisseur BD9E105FP4-ZTL (Figure 2), doté d'une sortie simple réglable, est un régulateur de courant continu spécialement conçu pour les besoins de tension plus faible. Avec des MOSFET de puissance à faible résistance à l'état passant et un seul convertisseur CC/CC abaisseur synchrone, le régulateur BD9E105FP4-ZTL fournit un rendement optimal en conditions de faible charge. Il est idéal pour les dispositifs et les équipements exigeant une consommation en veille minimale.

Affichant une bonne réponse transitoire, il occupe une empreinte compacte sur le circuit imprimé tout en fournissant une haute densité de puissance dans un petit boîtier, et convient parfaitement aux produits électroménagers tels que les réfrigérateurs et les climatiseurs, aux appareils de télécommunications, aux adaptateurs et aux équipements d'alimentation secondaire.

Figure 2 : Les besoins de tension plus faible peuvent être satisfaits avec un régulateur à découpage abaisseur BD9E105FP4-ZTL. (Source de l'image : ROHM Semiconductor)

Régulateurs à découpage élévateurs

Le régulateur à découpage élévateur MP3414AGJ-Z est doté d'une sortie réglable et son profil mince convient aux applications à montage en surface dans lesquelles l'espace est limité. Il peut facilement fonctionner sur une plage de températures de -40°C à +125°C, et peut démarrer à partir d'une tension d'entrée de seulement 1,8 V tout en offrant une limitation du courant d'appel et une protection contre les courts-circuits (SCP) en sortie.

La capacité à fonctionner en mode courant synchrone tout en maintenant un haut rendement est nécessaire lorsqu'un convertisseur élévateur avec déconnexion de sortie est requis. En outre, il est inutile d'ajouter une diode Schottky externe, car le rendement a été amélioré avec un redresseur synchrone à canal P intégré. La fonction de déconnexion de sortie lorsque le MP3414A s'éteint permet une décharge complète tout en consommant un courant d'alimentation inférieur à 1 μA en mode d'arrêt.

Avantages de la miniaturisation

Le MP3414A permet de réduire le nombre de composants externes. Il utilise une fréquence de commutation de 1 MHz pour permettre des composants externes plus petits tandis que sa fonction de démarrage progressif minimise le nombre de composants externes. Il peut gérer de larges plages de charge de courant. De plus, le MOSFET de puissance intégré prend en charge un courant de commutation de crête supérieur à 3 A avec une sortie atteignant 5,5 V.

Cette polyvalence et cette puissance étendue dans un format compact sont idéales pour les applications telles que les produits de batterie Li à une cellule, y compris les versions NiMH, NiCd ou alcalines à deux et trois cellules. Les périphériques sans fil, les accessoires de jeu, les dispositifs médicaux personnels et les lecteurs multimédias portables bénéficient tous d'un convertisseur élévateur comme le MP3414A.

La technologie évolue rapidement et devient de plus en plus compacte. Comparé au SOP-J8, le MP3414AGJ-Z en boîtier TSOT23 est environ 72 % plus petit, permettant une réduction significative de l'encombrement (Figure 3).

Figure 3 : Les composants étant de plus en plus petits, la miniaturisation des types de boîtiers tels que le TSOT23 est nécessaire. (Source de l'image : ROHM Semiconductor)

Maximiser le rendement tout en réduisant la consommation d'énergie

La miniaturisation est une nécessité constante, allant de pair avec le besoin de maintenir la fiabilité et le rendement énergétique. Le régulateur à découpage abaisseur BD9E202FP4-ZTL fournit une sortie réglable et une alimentation fiable dans une conception compacte (Figure 4).

Figure 4 : Le BD9E202FP4-ZTL est un régulateur à découpage abaisseur qui fournit une alimentation fiable dans une conception plus compacte. (Source de l'image : ROHM Semiconductor)

On pourrait penser que réduire la taille implique de sacrifier les capacités de charge ou la fiabilité de distribution d'alimentation, mais ce n'est pas le cas. Le BD9E202FP4-ZTL offre un rendement de conversion élevé tout en contribuant à réduire la consommation d'énergie (Figure 5).

En fournissant un faible courant de veille, les dispositifs alimentés par batterie peuvent bénéficier d'une consommation d'énergie minimale lorsqu'ils sont inactifs. De plus, un fonctionnement efficace en cas de faibles charges est possible grâce à un contrôle à temps constant.

Figure 5 : Les concepteurs recherchent des convertisseurs abaisseurs CC/CC à haut rendement capables de fournir des performances efficaces et fiables. (Source de l'image : ROHM Semiconductor)

Convertisseurs flyback pour CA/CC et CC/CC

Le convertisseur flyback est un convertisseur abaisseur-élévateur qui intègre un transformateur flyback. Il est utilisé à la fois dans la conversion CA/CC et CC/CC, où il y a une isolation galvanique entre les sorties et l'entrée, et il permet la multiplication des rapports de tension avec un avantage supplémentaire d'isolation.

Un convertisseur de puissance isolé offre un contrôle en mode tension et un contrôle en mode courant en tant que ses deux schémas de contrôle. Dans la plupart des cas, le contrôle en mode courant doit être dominant pour la stabilité lors du fonctionnement.

Convertisseurs CC/CC abaisseurs-élévateurs

Un convertisseur CC/CC typique avec une amplitude de tension de sortie supérieure ou inférieure à la tension d'entrée est un convertisseur abaisseur-élévateur. La génération de tensions négatives est également possible. Ce dispositif est similaire à un convertisseur flyback, mais au lieu d'utiliser un transformateur, il utilise une seule inductance. Plus précisément, un convertisseur abaisseur-élévateur consiste en deux topologies différentes, toutes les deux produisant une plage de tensions de sortie s'étendant de valeurs supérieures à celles de l'entrée à seulement zéro.

Parfois appelées « dispositifs de découpage », les alimentations CC/CC incluent un circuit abaisseur-élévateur, qui fonctionne comme un convertisseur élévateur ou abaisseur, selon le rapport cyclique.

Conclusion

Les régulateurs de tension à découpage sont indispensables pour une conversion de puissance efficace dans les applications automobiles et industrielles d'aujourd'hui. Les conceptions actuelles étant de plus en plus compactes, la demande en matière de composants polyvalents et efficaces maintenant des niveaux de puissance constants n'a jamais été aussi forte.

Les régulateurs de tension à découpage peuvent porter différentes appellations — SMPS, alimentations à découpage CC/CC, régulateurs ou convertisseurs — et ROHM propose une grande variété d'options compactes pour de nombreuses applications exigeant une conversion de puissance efficace.