Circuit convertisseur 12V à 5V - Convertisseurs Boost et Buck

Circuit convertisseur 12 V à 5 V - Conversion abaisseur CC-CC 

Nous n'avons toujours pas de batterie 5 V facilement disponible, et parfois nous avons besoin d'une tension plus élevée et d'une tension plus faible en même temps pour piloter différentes parties du même circuit. Pour résoudre ce problème, nous utilisons une tension plus élevée, qui est dans notre cas une batterie 12V comme source d'alimentation principale et abaissons cette tension pour obtenir une tension plus basse, disons 5V partout où cela est nécessaire. Pour ce faire, un circuit BUCK CONVERTER est utilisé dans de nombreux gadgets électroniques et applications qui réduisent la tension pour correspondre aux exigences de la charge.

Tout d'abord, laissez-moi vous parler des convertisseurs. En gros, il existe trois types de convertisseurs, le premier étant le convertisseur Buck qui abaisse la tension à partir d'une tension de source plus élevée. Deuxièmement, le convertisseur Boost, qui augmente la tension à partir d'une tension de source inférieure. De plus, il existe un autre convertisseur qui est une combinaison des deux disposés sous une certaine forme, le plus populaire est le convertisseur Buck-Boost qui abaisse d'abord la tension, puis augmente jusqu'à la valeur requise. Je vais essayer d'expliquer en détail chacun des convertisseurs mentionnés ci-dessus afin que la compréhension des circuits à venir ait plus de sens.

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Qu'est-ce qu'un convertisseur Buck ?

Un convertisseur abaisseur (également connu sous le nom de convertisseur abaisseur) est un convertisseur CC-CC , qui abaisse la tension de l'entrée à sa sortie. Le convertisseur Buck atteint sa sortie à l'aide de dispositifs de commutation à semi-conducteurs, qui sont généralement des diodes et des transistors disposés dans un ordre particulier et commutés chacun pendant certains moments pour finalement donner la sortie requise. Les convertisseurs Buck peuvent être très efficaces, parfois jusqu'à 90 %.

Le circuit convertisseur Buck de base se compose du transistor de commutation, ainsi que du circuit du volant d'inertie. Lorsque le transistor est à l'état ON, le courant traverse la charge via l'inductance. L'inducteur s'oppose aux changements de sens du courant et stocke également de l'énergie dans le processus. La diode, qui est connectée en parallèle à la charge, n'est plus opérationnelle car elle est en polarisation inverse.

Le courant circulant dans le circuit charge également le condensateur. Maintenant, lorsque le transistor est éteint, le condensateur chargé et l'inductance appliquent une tension aux bornes de la charge à cause de la force contre-électromotrice. maintenant qu'il n'y a plus de source de tension dans le circuit. L'énergie stockée dans l'inductance est suffisante pendant au moins une partie du temps d'ouverture de l'interrupteur. Si les durées pendant lesquelles l'interrupteur est maintenu sur ON et OFF changent, il modifie à son tour la tension CC de sortie entre 0 V et V_in .

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Le schéma ci-dessous montre une opération simple de convertisseur Buck.

Qu'est-ce qu'un convertisseur Boost ?

Similaire à un convertisseur Buck, un convertisseur boost (également appelé convertisseur élévateur) est également une classe de convertisseurs d'alimentation à découpage. Mais le fonctionnement d'un convertisseur Boost est exactement l'inverse de celui d'un convertisseur Buck. Le convertisseur Buck abaisse la tension d'une valeur d'alimentation supérieure à la valeur requise, tandis que le convertisseur Boost augmente la tension d'une valeur d'alimentation inférieure.

Le principe de base d'un convertisseur Boost consiste en deux états distincts. Dans le premier état, l'état ON correspond au moment où l'inductance connectée au côté source est chargée lorsque l'interrupteur est ON. Ensuite, lorsque l'interrupteur est sur OFF, le seul chemin offert au courant de l'inductance est la diode de retour, le condensateur et la charge. Cela entraîne le transfert d'énergie qui a été accumulée à l'état ON dans le condensateur. Si le cycle de l'interrupteur est assez rapide, l'inductance ne se déchargera pas complètement entre les états de charge. Par conséquent, la tension aux bornes de la charge sera toujours supérieure à celle de la source d'entrée lorsque l'interrupteur est sur OFF.

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Le diagramme ci-dessous montre une opération simple de convertisseur Boost.

Convertisseur Buck-Boost

Le convertisseur Buck-Boost est un type de convertisseur DC-DC. Il a une amplitude de tension de sortie supérieure ou inférieure à son amplitude de tension d'entrée.

Convertisseur buck-boost inverseur ayant un principe très basique. À l'état ON, le fonctionnement est similaire à celui d'un convertisseur Boost, où l'inductance stocke de l'énergie. Un condensateur fournit de l'énergie à la charge pendant ce temps doit se connecter aux bornes de la charge. À l'état OFF, l'inductance est connectée à la charge de sortie et au condensateur, de sorte que l'énergie stockée dans l'inductance est transmise au condensateur et à la charge. Le condensateur se charge pendant ce temps.

Un schéma simple ci-dessous montre le principe de fonctionnement d'un convertisseur Buck-Boost.

Maintenant, il existe de nombreuses façons d'obtenir notre CONVERTISSEUR BUCK requis, mais nous utilisons le régulateur de commutation le plus populaire disponible dans ce segment, en utilisant l'IC MC34063. L'autre méthode populaire consiste à utiliser un circuit de MOSFET commutés selon un schéma fixe.

Composants requis

1. CI régulateur à découpage MC34063
2. Diode Schottky 1N5819
3. Résistances 2k
4. Résistances 6.2k
5. Résistances 26 Ohms
6. Inductance 62 uH, 1,5 A
7. Condensateur 100 uF, 25 V et 359 uF, 25 V
8. Condensateurs à disque céramique 428 pF
9. Bloc d'alimentation 12 V avec une capacité nominale de 1,5 A
10. Fils de connexion

IC MC34063

MC34063 est un circuit de commande monolithique ayant toutes les fonctions requises pour la construction de convertisseurs DC-DC. Il se compose de plusieurs fonctions, qui sont un comparateur, un oscillateur, un commutateur de sortie à courant élevé et une limite de courant de crête active. Le MC34063 est disponible en packages DIP, SOIC et SON. Il y a huit broches dans chacune. Dont le tableau est donné ci-dessous.

Broche MC34063
N° de broche	Nom de la broche	Description
1	Changer de collecteur	Entrée de collecteur de commutateur interne à courant élevé
2	Changer d'émetteur	Entrée émetteur de commutation interne à courant élevé
3	Condensateur de synchronisation	Attacher un condensateur de temps à une fréquence de découpage variable
4	Terre (GND)	Terre (GND)
5	Entrée inverseuse du comparateur	Attachez un réseau de diviseurs de résistances pour créer une boucle de rétroaction
6	Tension (Vcc)	Tension d'alimentation logique
7	Jepk	Entrée de détection de limite de courant
8	Collecteur de pilotes	Paire de Darlington pilotant l'entrée du collecteur du transistor

Certaines des fonctionnalités IC MC34063 sont les suivants :

1. Référence compensée en température
2. Circuit de limitation de courant
3. Oscillateur à cycle de service contrôlé avec un commutateur de sortie de pilote à courant élevé actif
4. Accepte 3,0 V à 40,0 V CC
5. Peut être utilisé à une fréquence de commutation de 100 KHz avec une tolérance de 2 %
6. Courant de veille très faible
7. Tension de sortie réglable

En outre, ce circuit intégré est largement disponible et il est beaucoup plus rentable que les autres circuits intégrés disponibles dans ce segment. C'est pourquoi nous allons utiliser ce circuit intégré pour notre circuit.

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Le brochage du MC34063 est comme indiqué ci-dessous.

Il existe de nombreuses applications associées au MC34063, dont quelques-unes sont l'interface homme-machine (IHM), l'appareil portable, la mesure et le test, l'analyseur de gaz et de sang, l'informatique, les télécommunications, le câble solutions, etc.

1N5819

Le 1N5819 est une diode de puissance métal-silicium, également appelée redresseur Schottky, qui applique le principe de la barrière Schottky. Il est principalement utilisé comme redresseurs dans les onduleurs basse tension haute fréquence, les diodes de protection de polarité et les diodes de roue libre. Elle est également appelée diode à barrière de surface, diode à électrons chauds ou diode à porteur chaud. C'est un peu différent des diodes à jonction PN normales où un métal comme le platine ou l'aluminium est utilisé à la place du semi-conducteur de type P. Dans la diode Schottky, le semi-conducteur et le métal sont joints, formant une jonction métal-semi-conducteur où le côté semi-conducteur agit comme une cathode et le côté métallique agit comme une anode. Lorsque la jonction métal-semi-conducteur se forme entre le métal et les semi-conducteurs, il en résulte une couche d'appauvrissement également appelée barrière Schottky.

Schottky est livré avec une faible charge stockée et présente une perte de puissance plus faible et des caractéristiques mécaniques plus efficaces. Il est fabriqué de manière à ce que toutes les surfaces externes soient résistantes à la corrosion et que les bornes soient facilement soudables là où le courant circule dans un seul sens et qu'il arrête le courant circulant dans l'autre sens. La chute de puissance qui se produit dans cette diode est inférieure à celle des diodes à jonction PN. Lorsqu'une tension est appliquée aux bornes de la diode, le courant commence à circuler, ce qui entraîne une petite chute de tension aux bornes. Les chutes de tension plus faibles se traduisent par un rendement plus élevé et une vitesse de commutation plus élevée.

Le schéma ci-dessus montre le symbole électrique d'une diode Schottky.

Schéma du circuit 12 V - 5 V

Le schéma de circuit ci-dessus montre le circuit ainsi que toutes les valeurs calculées pour notre opération requise.

Fonctionnement du circuit 12 V à 5 V

Connectez correctement le circuit comme indiqué dans le schéma de circuit. Tout d'abord, pour alimenter cette puce, nous connectons + V à la broche 6 et la broche 4 à la masse. En même temps, nous connectons un condensateur CIN pour filtrer l'excès de bruit de l'alimentation. La broche 3 est connectée à CT qui détermine la vitesse de commutation du circuit. La broche 5 est la borne inverseuse du comparateur. La tension de la borne non inverseuse est de 1,25 V du régulateur de tension interne. Au terminal inverseur, nous plaçons un réseau de résistances composé de deux résistances. Ceux-ci décident du gain du comparateur d'ampli-op. De cette façon, nous fabriquons un convertisseur Buck qui abaisse maintenant notre entrée de 12V DC à 5V DC.

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Applications

Il existe de nombreuses applications dans notre vie quotidienne, qui ne prennent que des entrées basse tension. Ils ont également besoin d'un 5V régulé pour la sécurité. Par exemple, les chargeurs de batterie, les modules Wi-Fi, les modules Arduino, etc. Le circuit ci-dessus répond aux besoins d'entrée de toutes les applications mentionnées ci-dessus et de bien d'autres.

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