DC/DC BOOK OF KNOWLEDGE

Astuces pratiques pour l'utilisateur

Le manuel "DC/DC Book of Knowledge" de RECOM est une introduction détaillée aux boucles de rétroaction (analogiques et numériques), aux applications CC/CC, au test et à la mesure, à la protection, au filtrage, à la sécurité, à la fiabilité, aux circuits d'attaque à courant constant et aux diverses topologies de convertisseurs CC/CC. Le niveau est évidemment technique, mais accessible aux ingénieurs, aux concepteurs et aux étudiants.

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Des années d'expérience

Lorsque nous avons présenté notre premier convertisseur CC/CC il y a plus de 25 ans, il existait peu de documentation technique publiée et presque aucune norme internationale à suivre. Nous avions un besoin urgent de communiquer des informations d'application pratiques à nos clients, qui nous demandaient d'ajouter des notes d'application simples comme annexe à notre premier catalogue de produits publié. Le contenu de ces directives a crû au fil du temps au fur et à mesure que nous gagnions en expertise. Même si elles restent rudimentaires, elles sont très appréciées de nos clients et constituent un ensemble de notes d'application de 70 pages téléchargeable sur notre site Web.

Les progrès de la technologie des semi-conducteurs et le basculement vers l'électronique numérique hautement intégrée ont réduit la base de connaissance des techniques analogiques dans un grand nombre de laboratoires de conception, d'universités et d'écoles techniques au fil des ans. On observe souvent un manque de connaissances pratiques dans la conception de circuits analogiques, particulièrement en ce qui concerne les techniques, le test et la mesure appliqués, ainsi que dans la connaissance du filtrage et de la suppression du bruit. En tant qu'experts dans le domaine, nous avons donc identifié le besoin d'un manuel technique plus complet, pouvant servir de référence pour les concepteurs de matériels comme pour les étudiants.

À propos de l'auteur

Steve Roberts, directeur technique de RECOM, affiche de nombreuses années d'expérience en conseil aux clients, assistance à la conception, présentation dans des séminaires, rédaction d'articles et même réalisation de vidéos sur YouTube.

La fonction d'un module convertisseur CA/CC ou CC/CC
est de répondre à l'un ou plusieurs des besoins suivants :
  • Adapter la charge secondaire à l'alimentation primaire
  • Fournir un isolement entre le circuit primaire et le circuit secondaire
  • Fournir une protection contre les effets des défaillances, des courts-circuits ou de la surchauffe
  • Simplifier la conformité avec la législation en matière de sécurité, de performances ou de compatibilité électromagnétique

DC/DC Book of Knowledge : Chapitre 1

Introduction à la régulation de puissance

Introduction à la régulation de puissance

Fig. 1.1 : Schéma fonctionnel et brochage d'un régulateur linéaire à 3 broches

Les convertisseurs CA/CC et CC/CC modernes sont conçus pour assurer une conversion de puissance efficace pour fournir une alimentation CC contrôlée, sûre et bien régulée pour différents instruments électroniques, appareils et systèmes. Il n'y a pas si longtemps, l'association d'un transformateur, d'un redresseur et d'un régulateur linéaire était la technologie principale dans le domaine de la conversion de puissance. Avec le remplacement progressif de l'ampoule par la DEL, le convertisseur CC/CC remplace peu à peu le régulateur linéaire, et le contrôleur de commutation primaire remplace le simple transformateur secteur à 50 Hz.

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Aperçu du contenu
  • 1.1 Régulateurs linéaires
  • 1.2 Régulateurs à découpage

DC/DC Book of Knowledge : Chapitre 2

Boucles de rétroaction

Boucles de rétroaction

Fig. 2.9 : Forme d'onde d'instabilité sous-harmonique

Les calculs et les méthodologies liés à la compensation de boucle de rétroaction sont quelques-uns des critères les plus importants lors de la conception de la conversion de puissance CC/CC. Si les paramètres de la boucle de rétroaction ne sont pas correctement calculés, le convertisseur peut faire preuve d'instabilité ou connaître une défaillance de la régulation. La fonction d'une boucle de rétroaction dans un convertisseur CC/CC est de garder la sortie à une valeur fixe dépendant uniquement d'une valeur de référence : autrement dit, elle est indépendante des variations de la charge, de la tension d'entrée ou de l'environnement.

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Aperçu du contenu
  • 2.1 Introduction
  • 2.2 Conception à boucle ouverte
  • 2.3 Conception à boucle fermée
  • 2.4 Compensation de boucle de rétroaction
  • 2.5 Compensation de pente
  • 2.6 Analyse de la stabilité de la boucle dans les systèmes de rétroaction analogique et numérique

DC/DC Book of Knowledge : Chapitre 3

Décryptage des paramètres des fiches techniques

Décryptage des paramètres des fiches techniques

Fig. 3.1 : Configuration de la mesure

Tous les fabricants responsables fournissent une fiche technique avec leur produit détaillant au minimum les paramètres de fonctionnement de base, les dimensions générales et les connexions de broches. Comparer un convertisseur CC/CC à un autre en ne se basant que sur les informations de la fiche technique nécessite cependant souvent d'interpréter les chiffres plutôt que de simplement les comparer.

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Aperçu du contenu
  • 3.1 Méthodes de mesure – Caractéristiques CC
  • 3.2 Méthodes de mesure – Caractéristiques CA
  • 3.3 Explication des paramètres thermiques

DC/DC Book of Knowledge : Chapitre 4

Protection des convertisseurs CC/CC

Protection des convertisseurs CC/CC

Fig. 4.2 : Protection contre les inversions de polarité des diodes série

Comme indiqué dans la préface, l'une des fonctions d'un convertisseur CC/CC est de protéger l'application. Au niveau le plus simple, cette protection consiste à adapter la charge à l'alimentation primaire et à stabiliser la tension de sortie contre les surtensions et sous-tensions, mais un convertisseur CC/CC est aussi un élément significatif garantissant une protection contre les défaillances du système. Par exemple, la limitation de la surcharge de la sortie et la protection contre les courts-circuits n'arrêtent pas seulement le convertisseur.

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Aperçu du contenu
  • 4.1 Introduction
  • 4.2 Protection contre les inversions de polarité
  • 4.3 Fusible d'entrée
  • 4.4 Protection contre la surtension de sortie
  • 4.5 Protection contre la surtension d'entrée
  • 4.6 Baisses de tension et interruptions
  • 4.7 Limitation des appels de courant
  • 4.8 Limitation de charge
  • 4.9 Verrouillage en cas de sous-tension

DC/DC Book of Knowledge: Chapitre 5

Filtrage des entrées et sorties

Filtrage des entrées et sorties

Fig. 5.1 : Schéma des interférences générées par les convertisseurs CC/CC

Tous les convertisseurs CC/CC présentent une ondulation de la tension en raison de la charge et de la décharge du condensateur de sortie à chaque impulsion d'énergie de l'oscillateur interne. Cette ondulation en sortie possède une fréquence qui est l'équivalent ou le double de la fréquence d'oscillation principale, selon la topologie, et est généralement comprise entre 100 et 200 kHz. Des pointes de tension viennent se superposer à cette ondulation de la tension, avec une fréquence bien supérieure, généralement de l'ordre des MHz.

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Aperçu du contenu
  • 5.1 Introduction
  • 5.2 Courant ondulé de retour
  • 5.3 Filtrage des sorties
  • 5.4 Filtrage complet

DC/DC Book of Knowledge: Chapitre 6

Sécurité

Sécurité

Fig. 6.4 : Dégagement/fuite

Le principal objectif des différentes normes et réglementations de sécurité est de prévenir les blessures, la mort ou les dommages aux biens en définissant des niveaux de protection contre les dangers potentiels suivants : décharge électrique, énergie dangereuse, feu et fumée, blessures physiques, irradiation et dangers chimiques. Les termes « danger » et « risque » sont souvent utilisés indifféremment.

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Aperçu du contenu
  • 6.1 Décharge électrique
  • 6.2 Énergie dangereuse
  • 6.3 Sécurité inhérente
  • 6.4 Sécurité intrinsèque
  • 6.5 Risques de blessures
  • 6.6 Conception garantissant la sécurité
  • 6.7 Sécurité médicale

DC/DC Book of Knowledge: Chapitre 7

Fiabilité

Fiabilité

Équation 7.1 : Calcul du taux de défaillance

Quasiment depuis l'avènement de l'électronique, il est vital pour l'utilisateur de savoir combien de temps de tels dispositifs fonctionneront correctement. Personne n'étant capable de prédire l'avenir, des méthodes statistiques visant à prédire la fiabilité des composants, des assemblages ou des dispositifs ont été développés.

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Aperçu du contenu
  • 7.1 Prédiction de la fiabilité
  • 7.2 Facteur de stress environnemental
  • 7.3 Utilisation des chiffres de MTBF
  • 7.4 MTBF démontrée
  • 7.5 MTBF et température
  • 7.6 Conception garantissant la fiabilité
  • 7.7 Considération de fiabilité de configuration de circuit imprimé
  • 7.8 Fiabilité des condensateurs
  • 7.9 Fiabilité des semi-conducteurs
  • 7.10 DES
  • 7.11 Inductances

DC/DC Book of Knowledge: Chapitre 8

Caractéristiques DEL

Caractéristiques DEL

Fig. 8.4 : Chaîne de DEL

La première règle de la guerre est « Connais ton ennemi ». C'est le même principe avec l'éclairage à semi-conducteurs (SSL). Si vous ignorez comment une DEL se comporte, vous ne serez pas surpris que votre application ne fonctionne pas. Les DEL sont des dispositifs non linéaires. Si l'on applique une faible tension à une DEL, elle ne conduit pas.

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Aperçu du contenu
  • 8.1 Commande de DEL avec des courants constants
  • 8.2 Quelques sources de courant constant CC
  • 8.3 Connexion de DEL en chaîne
  • 8.4 Connexion de chaînes de DEL en parallèle
  • 8.5 Équilibrage du courant DEL dans des chaînes en parallèle
  • 8.6 Chaînes en parallèle ou boîtier matriciel - Quelle est la meilleure solution ?
  • 8.7 Gradation de DEL
  • 8.8 Détarage thermique
  • 8.9 Détarage de la température
  • 8.10 Compensation de luminosité
  • 8.11 Quelques idées de circuits utilisant un circuit d'attaque RCD

DC/DC Book of Knowledge: Chapitre 9

Idées d'application CC/CC

Idées d'application CC/CC

Fig. 9.5 : Convertisseurs en cascade utilisés dans un système de surveillance de batteries

De nombreuses applications requièrent une conversion CC/CC. Elles sont si nombreuses que le marché mondial devrait dépasser les 35 milliards de dollars d'ici à 2020. Pourtant, pour beaucoup de concepteurs de circuits, le convertisseur CC/CC est une « boîte noire », c'est-à-dire un composant qui remplit une fonction, de la même manière que d'autres composants, comme des inductances ou des transistors.

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Aperçu du contenu
  • 9.1 Introduction
  • 9.2 Inversion de polarité
  • 9.3 Doublement de la puissance
  • 9.4 Combinaison de régulateurs à découpage avec des convertisseurs CC/CC
  • 9.5 Connexion de convertisseurs
  • 9.6 Renforcement de l'isolement
  • 9.7 Nettoyage d'un rail de 5 V
  • 9.8 Utilisation de la broche CTRL
  • 9.9 Utilisation de la broche Vadj.

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