Qu'est-ce que Hacheur abaisseur (convertisseur buck) ?
Convertisseur DC-DC qui produit une tension continue inférieure à son entrée à l'aide d'un interrupteur, d'une diode (ou d'un second interrupteur), d'une bobine et d'un condensateur. La sortie se règle par la fraction du temps pendant laquelle l'interrupteur conduit (le rapport cyclique D) ; la tension de sortie idéale en mode de conduction continue vaut D × la tension d'entrée. C'est le convertisseur non isolé le plus répandu : il alimente les cœurs des CPU et des SoC et produit les différents rails à partir de 12 V ou de 5 V.
Nom japonais: 降圧チョッパ(バックコンバータ)
« Hacheur abaisseur (convertisseur buck) » apparaît dans 10 questions d'entraînement réparties sur 2 thèmes, dont Circuits d'électronique de puissance, Semi-conducteurs de puissance.
Domaine: Circuits d'électronique de puissance
Fonctionnement et rapport de conversion
Pendant que l'interrupteur conduit, la bobine voit (Vin − Vout) et son courant augmente ; pendant qu'il est bloqué, elle voit −Vout à travers la diode (la diode de roue libre) et le courant diminue. En régime établi, ces deux produits volt-seconde s'équilibrent, donc (Vin − Vout) × D = Vout × (1 − D) donne Vout = D × Vin. Par exemple, D = 0,25 transforme 12 V en 3 V.
Pertes et amélioration du rendement
Les principales pertes sont les pertes en conduction de l'interrupteur et de la diode, les pertes de commutation, et les pertes cuivre et fer de la bobine. Aux faibles tensions de sortie, la tension directe de la diode représente une grande part de la sortie ; le redressement synchrone, qui remplace la diode par un MOSFET, est donc la norme. Avec un grand rapport d'abaissement comme de 12 V à 1 V, le rapport cyclique n'est que d'environ 8 %, et à 1 MHz le temps de conduction n'est que d'environ 83 ns, ce qui met à l'épreuve la régulation et la rapidité des composants.
Questions fréquentes
Pourquoi la sortie d'un convertisseur buck ne peut-elle pas dépasser son entrée ?
Le rapport cyclique D est compris entre 0 et 1, si bien que la sortie idéale D × Vin ne dépasse jamais la tension d'entrée. On peut voir la sortie comme la moyenne de la tension d'entrée hachée. Lorsqu'il faut une tension supérieure à l'entrée, on utilise un convertisseur boost ou un convertisseur buck-boost.
Pourquoi la tension de sortie monte-t-elle à faible charge à rapport cyclique égal ?
Un convertisseur buck à roue libre par diode passe en mode de conduction discontinue à faible charge. Tant que le courant de la bobine est nul, le nœud de commutation est au potentiel de la sortie, ce qui élève sa moyenne, et la sortie dépasse D × Vin. Les alimentations réelles maintiennent la sortie constante en abaissant le rapport cyclique par une régulation en boucle fermée.