Tutoriel Convertisseur Abaisseur DIY : Construire une Alimentation à Découpage Efficace

Si vous utilisez souvent une alimentation linéaire de courant de sortie traditionnelle, vous conviendrez qu'elle n'est pas si efficace. Dans ce cas, un convertisseur abaisseur est une meilleure option de puissance de sortie car il abaisse efficacement la tension d'entrée. Mais, y a-t-il plus à un convertisseur abaisseur DIY ?

Oui, il y a plus au dispositif. Premièrement, il a au moins deux semi-conducteurs. Et les semi-conducteurs agissent comme une diode et une résistance. Mais vous pouvez remplacer la diode par un second transistor – ce qui est utile pour la redressement synchrone.

Deuxièmement, le convertisseur abaisseur est très compétent pour effectuer des tâches comme changer la tension d'alimentation d'un ordinateur en tensions plus basses dont des dispositifs comme le CPU, l'USB et la DRAM ont besoin.

Cela dit, vous en apprendrez plus sur le convertisseur abaisseur dans cet article. En essence, nous soulignerons ce qu'il est, comment il fonctionne et comment vous pouvez en faire un.

Allons-y déjà !

Qu'est-ce qu'un Convertisseur Abaisseur ?

Plus tôt, nous avons brièvement parlé du convertisseur abaisseur. Mais nous en parlerons en détail ici. Cela dit, un convertisseur abaisseur est plus comme un convertisseur de puissance CC vers CC ou abaisseur. De plus, sa fonction principale est de réduire la tension de l'alimentation (entrée) vers la charge (sortie).

Puisque le dispositif a au moins deux semi-conducteurs, comme nous l'avons mentionné, il appartient à une classe d'Alimentation à Mode de Commutation (SMPS).

Alimentation à mode de commutation

De plus, en plus des deux semi-conducteurs que le dispositif a, il vient avec au moins un élément de stockage d'énergie.

L'élément de stockage d'énergie en question est généralement soit une inductance, un condensateur, ou une combinaison. Donc, si vous prévoyez de réduire les ondulations de tension des transistors de puissance, il est crucial de s'assurer que le convertisseur abaisseur a des filtres faits de condensateurs de moyenne simple (ou en combinaison avec des inductances parfois) ajoutés au filtre côté alimentation et côté charge.

Aussi, il n'est pas surprenant que les convertisseurs abaisseurs fassent un excellent travail en fournissant une efficacité énergétique en tant que convertisseurs CC-CC comparés aux alimentations linéaires. De plus, il vaut la peine de mentionner que cet appareil est efficace à plus de 90% – ce qui booste leur efficacité pour des tâches comme changer un chargeur solaire ou la tension d'alimentation en vrac d'un ordinateur.

Comment Fonctionne un Convertisseur Abaisseur ?

Quand il s'agit de convertisseurs abaisseurs, il est crucial de noter que l'opération du circuit du dispositif est soumise à l'état de conduction du MOSFET. En d'autres termes, le convertisseur abaisseur fonctionne basé sur son état (éteint ou allumé).

Donc, le courant dans le circuit est zéro – si le dispositif est dans un état d'arrêt ou l'interrupteur est ouvert. Mais, si l'interrupteur est fermé ou dans un état allumé, le courant augmentera. De plus, l'inductance créera une tension opposée à ses bornes – en réaction au changement de courant.

En conséquence, la plage de tension d'entrée chutera, ce qui s'opposera à la tension de la source et diminuera la tension nette à travers la charge.

Avec le temps, la tension à travers l'inductance et le taux de changement de courant réduiront. Donc, la tension à la charge augmentera. Pendant que cela se produit, l'inductance stockera de l'énergie. Donc, si l'interrupteur s'ouvre pendant que le courant change encore, l'inductance subira une chute de tension. De plus, la source de tension du filtre d'entrée sera plus que la tension à la charge.

Si l'interrupteur entre à nouveau dans l'état d'arrêt, la source de tension quittera le circuit

Ce qui cause une diminution du courant. Lorsque cela se produit, il y aura une tension réduite à travers l'inductance en raison du courant décroissant. Ensuite, l'inductance deviendra une source de courant.

Cela dit, le circuit du convertisseur abaisseur fonctionne en deux modes différents : continu et discontinu. Le mode continu se produit quand la valeur du courant passant à travers l'inductance ne tombe jamais à zéro tout au long du cycle de commutation.

En conséquence, quand l'interrupteur se ferme, la tension de la puce abaisseur à travers l'inductance est V_L = V_i – V_o. Et tant que la chute de tension est presque constante, le courant à travers l'inductance montera linéairement.

De plus, quand l'interrupteur s'ouvre, la diode sera polarisée en direct. Donc, le courant diminuera et la tension à travers l'inductance sera V_L = -V_o. Ensuite, l'énergie que l'inductance L stocke est :

E = ½ LI²_L

De plus, l'énergie dans l'inductance diminue pendant l'état d'arrêt et augmente dans l'état allumé. De plus, l'inductance L est utile pour conduire l'énergie de l'entrée vers la sortie du convertisseur. Le mode discontinu, d'autre part, se produit quand la charge nécessite très peu d'énergie.

Aussi, le courant passant à travers l'inductance tombera à zéro. Lorsque cela se produit, le condensateur de sortie se déchargera à chaque cycle – ce qui cause des pertes de commutation plus élevées.

Comment Fabriquer un Convertisseur Abaisseur Simple ?

Avant de faire un convertisseur abaisseur simple, il est crucial de se référer à un schéma de circuit. Donc, vous pouvez utiliser celui d'ici.

Liste des Choses Nécessaires

Diode Schottky

Section Diode Schottky

Potentiomètre

Potentiomètre

Batterie d'entrée 12V

12v Batterie au plomb

Panneau unique

Résistance (10k, 100ohm)

Résistance 10K

Arduino UNO

Carte Arduino UNO

IRF540N

Moteur (charge)

Condensateur (100uf)

Condensateurs 100uf

Inductance (100Uh)

        Petites inductances 100uh

Vous pouvez faire le convertisseur abaisseur dans les étapes suivantes :

1. Commencez par relier les bornes d'extrémité du potentiomètre à la broche de rail d'alimentation 5v. De plus, vous devriez connecter votre broche de masse d'Arduino UNO respectivement tandis que sa borne de balai va à la broche analogique électronique A1.
2. Rejoignez la broche PWM 6 d'Arduino au bas du MOSFET.
3. Connectez le terminal positif de la batterie au drain du MOSFET. Et répétez la même chose pour le négatif à la borne p de la diode Schottky.
4. Connectez le moteur de la borne p de la diode Schottky en série avec l'inductance à la borne source du MOSFET.
5. Rejoignez la borne n de la diode Schottky à la borne source du MOSFET.
6. À travers le moteur, attachez le condensateur 47uf.
7. Finalement, vous pouvez relier la broche de masse d'Arduino à la borne source du MOSFET.

Le but d'utiliser le MOSFET est de changer la tension d'entrée à une haute fréquence. De plus, il offre moins de dissipation de chaleur avec un courant élevé. En plus, l'inductance joue le rôle de protéger le MOSFET des pics de haute tension (ce qui est typique de ce projet électronique).

L'Arduino est utile pour la haute vitesse de commutation du MOSFET. Et la fonction de la diode Schottky est d'aider à compléter la boucle pour le flux de courant. Donc, s'il n'y a pas de diode Schottky quand vous éteignez le MOSFET, l'inductance libérera son énergie au moteur. Ensuite, cela aura peu ou pas d'effet sur la charge à cause de la boucle incomplète.

Le potentiomètre est un autre composant vital qui offre une valeur analogique à l'Arduino basée sur la tension PWM que le terminal de grille du MOSFET reçoit de la broche PWM 6 d'Arduino. Avec cette valeur, il y a un contrôle de la tension de sortie à travers la charge.

Applications du Convertisseur Abaisseur

Le convertisseur abaisseur est assez utile pour certaines applications courantes comme :

Chargeurs de Batterie

Chargeur solaire de batterie

Il est typique pour la plupart des gens de vouloir que leur batterie portable ou smartphone se charge rapidement sans chauffer les appareils. Donc, le convertisseur abaisseur est la réponse et il est généralement à l'intérieur de l'appareil mobile – puisque le port de charge est un port micro USB.

Amplificateurs Audio de Puissance

Contrôle de puissance et amplificateurs audio

L'étage de puissance d'un amplificateur audio de puissance est un convertisseur abaisseur. Et un bon exemple de cet appareil qui utilise le convertisseur abaisseur est les amplificateurs de classe D.

Quadricoptères

Quadricoptère DJI Phantom

Les packs de batteries lithium multi-cellules alimentent les quadricoptères. Et la configuration du pack est généralement de deux à six cellules en série. De plus, les packs de batteries produisent une plage de tension d'environ 6V -25V. Donc, un convertisseur abaisseur aide à réduire la tension de la batterie à environ 5V ou 3,3V pour que le contrôleur de vol de l'appareil puisse l'utiliser.

Vous pouvez trouver le convertisseur abaisseur sur la disposition PCB de distribution de puissance qui dirige la puissance de la batterie ou les contrôleurs de vitesse électroniques.

En Résumé

Le convertisseur abaisseur DIY est le projet idéal sur lequel se lancer si vous cherchez un convertisseur CC-CC qui change efficacement une haute tension en basse tension. De plus, le dispositif est utile pour l'électronique grand public qui nécessite de stabiliser la tension affaissée de la batterie sous charge.

Qu'en pensez-vous des convertisseurs abaisseurs ? Prévoyez-vous d'essayer le projet ? Ou avez-vous des questions ? N'hésitez pas à nous contacter.