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Types de convertisseurs DC-DC

Il existe plusieurs types de convertisseurs DC-DC, chacun possédant une topologie de circuit et des caractéristiques spécifiques.
Ces topologies peuvent être classées en deux grandes catégories : les convertisseurs non isolés et les convertisseurs isolés.

• Les convertisseurs non isolés partagent une masse commune entre l’entrée et la sortie.

• Les convertisseurs isolés, eux, assurent une isolation galvanique entre les masses d’entrée et de sortie.

Dans cette section, nous nous concentrerons sur les convertisseurs non isolés, qui se déclinent en plusieurs topologies courantes :

1. Convertisseur Buck (abaisseur de tension)

Ce convertisseur abaisse la tension d’entrée pour fournir une tension de sortie plus faible tout en augmentant le courant de sortie.
Il utilise un ensemble de commutateurs, une inductance et un condensateur pour réguler la tension de sortie en ajustant le rapport cyclique (duty cycle) des commutations.
Les convertisseurs Buck sont couramment utilisés dans les applications nécessitant une tension plus faible que la source d’alimentation, comme les dispositifs alimentés par batterie ou la régulation de tension dans les systèmes informatiques.

2. Convertisseur Boost (élévateur de tension)

Ce convertisseur élève la tension d’entrée pour fournir une tension de sortie plus élevée tout en réduisant le courant de sortie.
Il met en œuvre des commutateurs, une inductance et un condensateur pour gérer le transfert d’énergie, ce qui entraîne une augmentation de la tension de sortie.
Les convertisseurs Boost sont fréquemment utilisés dans les applications où une tension de sortie plus élevée que la tension d’entrée est requise, comme les drivers de LED de puissance ou le rehaussement de tension dans les appareils portables.

3. Convertisseur Buck-Boost

Cette topologie polyvalente peut aussi bien augmenter que diminuer la tension d’entrée, selon le rapport cyclique des commutateurs.
Elle combine les principes des convertisseurs Buck et Boost, ce qui la rend adaptée aux applications où la tension d’entrée varie, ou lorsque les deux conversions (abaissement et élévation) sont nécessaires.
Les convertisseurs Buck-Boost sont utilisés, par exemple, dans les systèmes solaires ou les appareils alimentés par batterie dont la tension peut fluctuer.

4. Convertisseur Ćuk

Cette topologie avancée permet également de réaliser à la fois une conversion abaisseuse et élévatrice, mais avec une faible ondulation du courant en entrée et en sortie.
Elle utilise une combinaison particulière d’inductances et de condensateurs, offrant ainsi une haute efficacité et de meilleures performances que d’autres convertisseurs non isolés.
Les convertisseurs Ćuk sont employés dans les alimentations électriques nécessitant une faible ondulation de sortie et une efficacité élevée, comme les circuits analogiques sensibles ou mixtes.

5. Convertisseur SEPIC (Single-Ended Primary Inductor Converter)

Ce convertisseur polyvalent peut, lui aussi, augmenter ou diminuer la tension d’entrée.
Il présente plusieurs avantages : un courant d’entrée et de sortie continus, et la capacité de maintenir une tension de sortie stable, même lorsque la tension d’entrée est proche ou égale à celle de sortie.
Les convertisseurs SEPIC sont adaptés aux applications automobiles et aux chargeurs de batterie, où la flexibilité de la conversion et la continuité du courant sont importantes.

6. Convertisseur Zeta

Cette topologie, moins courante, offre des fonctionnalités similaires au SEPIC, en permettant aussi la conversion élévatrice et abaisseuse de la tension.
Elle repose sur une configuration particulière d’inductances, condensateurs et commutateurs, ce qui lui confère efficacité et souplesse.
Le convertisseur Zeta est utilisé dans des applications nécessitant une régulation précise de la tension et une large plage de tension d’entrée et de sortie, comme les alimentation de télécommunications ou les systèmes de gestion de batterie.

Résumé

Chaque topologie de convertisseur DC-DC présente ses propres avantages, inconvénients et compromis.
Le choix du type de convertisseur le plus adapté dépend des exigences spécifiques de l’application : tensions d’entrée et de sortie, rendement, régulation de charge ou contraintes d’encombrement.
La connaissance approfondie des différents types de convertisseurs DC-DC est donc essentielle pour les ingénieurs et concepteurs en électronique de puissance, car elle leur permet de sélectionner la topologie la plus appropriée à leur besoin.