Convertisseur DC-DC

Les convertisseurs à découpage ont de larges gammes d’utilisation, à partir de quelques mW dans les téléphones portables, puis de quelques Watts à quelques centaines de Watts dans les ordinateurs portables, dans certaines applications automobiles, dans des applications domotiques et jusqu’à quelques MWatts pour la traction ferroviaire et dans les réseaux électriques.

Blocs des principaux constituants d’un convertisseur statique

Les blocs principaux constituants un convertisseur statique sont présentés sur la Figure ci-dessus. Le convertisseur statique permet de régler le transfert d’énergie entre un générateur et un récepteur, ce transfert peut être réversible dans certains cas. À l’entrée et à la sortie du convertisseur nous avons des filtres constitués par des composants passifs de type inductif et/ou capacitif. Le cœur du traitement de l’énergie d’un convertisseur statique est la partie découpage. Technologiquement elle est constituée par des composants actifs – les interrupteurs de puissance (MOSFET, IGBT, Diode, transistor Bipolaire, thyristors, triacs, GTO…) et leurs commandes associées. Le transfert d’énergie est réglé en commandant l’ouverture et la fermeture des interrupteurs à l’aide d’une commande appropriée. La structure et la taille d’un convertisseur statique peut varier en fonction des applications.
On peut encore distinguer l’intégration des composants actifs qui assurent les fonctions de commutation et de protection (l’interrupteur de puissance avec sa commande et les capteurs de courant et de tension…) et des composants passifs assurant les fonctions de stockage et de filtrage.

Schéma de principe de la commande des interrupteurs de puissance dans un convertisseur statique

GÉNÉRALITÉ

Les hacheurs sont des commutateurs statiques, qui peuvent être réalisés à l’aide des interrupteurs commandés à l’ouverture et à la fermeture tels que les thyristors et les transistors, et permettant le transfert d’énergie d’une source de tension continue vers une charge avec des caractéristiques électriques différentes (courant ou tension différents de ceux délivrés par la source).On distingue deux types de hacheurs couramment utilisés :
– Les hacheurs dévolteurs : fournissant une tension continue à la sortie avec une valeur inférieure à celle de l’entrée.
– Les hacheurs survolteurs : permettent d’avoir une tension de sortie supérieure à la tension d’entrée.
Il existe d’autres classifications des convertisseurs DC-DC, on peut les différentier selon deux catégories distinctes : convertisseurs DC-DC isolés et non isolés de la source.

Convertisseurs DC-DC non-isolés de la source :

On trouve quatre configurations de base :

Convertisseur abaisseur « BUCK »
Convertisseur élévateur « BOOST ».
Convertisseur abaisseur-élévateur « BUCK-BOOST ».
Convertisseur «SEPIC».

Principales configurations de convertisseurs DC-DC isolés de la source.

Convertisseur Buck :

Appelé encore hacheur série, permet de convertir une tension continue en une autre tension de plus faible valeur. Ce type de convertisseur fréquemment utilisé dans les régulateurs de tension et l’alimentation des circuits électroniques, il peut atteindre jusqu’à 95% de rendement. C’est pour cette raison qu’on trouve couramment des convertisseurs de type Buck dans les ordinateurs réduisant la tension fournie par l’alimentation à une tension plus faible afin d’alimenter le microprocesseur et les différentes composantes.

Convertisseur Boost :

Où hacheur parallèle (Step-Up en anglais) est un convertisseur statique non isolé, a pour vocation de convertir une tension continue en une autre tension de plus forte valeur, Il contient deux interrupteurs d’alimentation, une inductance et un Condensateur de sortie.

Convertisseur BUCK-BOOST :

Un convertisseur Buck-Boost est un convertisseur statique qui permet de convertir une tension continue en une autre tension continue de plus faible ou plus grande valeur mais de polarité inverse. Un inconvénient de ce convertisseur est que son interrupteur ne possède pas de borne reliée au zéro, compliquant ainsi sa commande. C’est ce type de convertisseur qu’on va utiliser dans notre installation.

Convertisseurs DC-DC isolé de la source

Convertisseur de type Flyback :

L’alimentation de type Flyback est basée sur le principe d’un hacheur à stockage inductif, c’est un convertisseur statique avec une isolation galvanique entre l’entrée et la sortie. Son schéma de base est semblable à celui d’un convertisseur Buck-Boost dans lequel on aurait remplacé l’inductance par un transformateur (en réalité deux inductances couplées). Le convertisseur Flyback est généralement utilisé dans les applications de puissance (moniteur LCD, télévision CRT, lecteur de DVD, …).