poly-4-conversion DC

09/09/2015
1
Conversion DC-DC
(énergie pour systèmes nomades)
2
Généralités
Alternatif/continu
Fonctionnement sur batteries et accumulateurs
Nécessité d’adapter le niveau de tension.
NiMH par pack 1.2 [V]
pile bouton lithium 3 [V]
Audio (alimentation propre)
Tension variable lors de la décharge
Compenser les chutes de tensions dues au courant de charge
Plusieurs niveaux de tension nécessaires pour une seule application (processeur,
mémoire, affichage, communication)
Les circuits numériques travaillent souvent à des tensions plus faibles que les circuits
analogiques
La polarisation des circuits analogiques varie avec la tension d’alimentation (performances aussi)
Électronique 3.3 [V], 1.8 [V], 1.5 [V]
LCD (tension négative, positive élevées (20 [V])
Mémoire flash 12 [V]
?

09/09/2015
2
3
Conversion DC-DC
Rôle : fournir une tension continue indépendamment du courant
consommé par la charge et de la variation de la tension d’entrée
3 solutions pour la conversion DC-DC
1- Régulateur linéaire
LDO (low drop output)
Régulateur à découpage
2- Avec inductance
3- À capacités commutées
4
1. Régulateur linéaire
Principe
asservissement par rapport à une tension de référence
VS=Vref/a
Vcommande=G(Vref-aVs)
IS=KVcommande
pour KG grand
Généralités
avantages, +
Bloc de base de beaucoup de source d’alimentation
Robuste, Faible bruit
Très peu cher (parmi les composants les moins chers, 0,30-0,40 €)
inconvénients -
Rendement faible
Dissipation thermique
Tension de sortie plus faible que la tension d’entrée

09/09/2015
3
5
1. Régulateur linéaire
Rendement
puissance utile : Pu=Vs.Is
puissance délivrée par la batterie : Pbatt=Vbatt.(Is+Ielec)
Rendement
Isfaible Isgrand
puissance perdue
circuit de contrôle
et chute de tension
60%
100%
0%
Tension de sortie [V]
Courant de sortie [A]
puissance
perdue chute
de tension
6
1. Régulateur linéaire
Comparaison et choix
Choix : courant maximum de sortie, type de tension d’entrée (batterie, AC), précision
de la tension de sortie (5%, 2%), courant de veille, fonctions spécifiques (extinction,
indication d’erreur, protection thermique,…)
Globalement, les régulateurs linéaires : rendement 40 à 50% maximum
Standard LDO Quasi-LDO
Chute de tension -- (1.5-2.5 [V]) ++ (0.1-0.8 [V]) (0.9-1.5 [V])
Courant de régulation ++ (< 10 [mA]) -- (< 20 -40 [mA]) (< 10 [mA])
Courant de charge max 10 [A] 1 [A] 7-8 [A]
Courant de repos Quelques mA 75-150 µA
Applications Alimentation à partir
du secteur
Dispositifs sur batteries
La chute de tension n’est pas
un problème dans ce cas

09/09/2015
4
7
2. Régulateur à découpage abaisseur (buck)
pour que le rendement soit bon il ne faut pas utiliser d’éléments dissipatifs
utilisation d’inductance
Principe : transfert d’énergie de la source vers la charge en utilisant les interrupteurs
K1et K2. K1et K2ne doivent pas être simultanément ouverts ou fermés.
0<t<αT : K1fermé, K2ouvert
αT <t<T : K1ouvert, K2fermé
<is>=αI
<vc>=αE < E
Ps=<vsis>=E<is>= αEI
Pc=<vcic>=E<is>= αEI
8
2. Régulateur à découpage à élément inductif
Rendement élevé (> 80%)
Elément inductif
Perturbations électromagnétiques
Bruit de commutation
Intégration
Intégration
Difficile de
l’élément
inductif
Fairchild semiconductors

09/09/2015
5
9
3. Régulateur à découpage à capacités commutées
Principe
La conversion est réalisée en commutant périodiquement une capacité.
0<t<αT : K1 et K3 fermés
αT<t<T : K2 fermé
Exprimer Vs en fonction de Ve
1
2 1
1
2
2
Une capacité CLen sortie permet de lisser la tension.
10
3. Régulateur à découpage à capacités commutées
Exemple : ST662A, régulateur à capacités commutées pour mémoire flash
Capacitor Type Value µF
Charge Pump C1 Ceramic 0.22
Charge Pump C2 Ceramic 0.22
Input C3 Eletrolytic Tantalum 4.70
Output C4 Eletrolytic Tantalum 4.70
Decoupling C5 Ceramic 0.10