Le circuit convertisseur abaisseur pratique expliqué ici n'utilise que 3 transistors et est extrêmement facile à construire. Même si le circuit est simple, il a un rendement élevé.
Le circuit peut être utilisé pour piloter des LED de 3,3 V à partir d'une alimentation d'entrée plus élevée, par exemple à partir d'entrées d'alimentation de 12 V ou de 9 V.
La conception du convertisseur abaisseur peut également être facilement mise à niveau pour faire fonctionner des charges nominales plus élevées au lieu d'une LED.
Contenu
Fonctionnement de base d'une topologie de convertisseur Buck
En se référant à la figure ci-dessous, essayons de comprendre comment fonctionne un convertisseur 'buck' ou 'step-down' . Avec un circuit convertisseur abaisseur, une tension d'entrée plus élevée peut être transformée en une tension de sortie plus faible. Son mode de fonctionnement de base est décrit comme suit.
Dès que l'on appuie sur l'interrupteur S, une tension positive se développe aux bornes de l'inductance L. En effet, Uin est supérieure à Uout. La bobine essaie initialement de résister au flux de courant instantané. En conséquence, le courant dans la bobine augmente de manière linéaire et l'énergie commence à s'accumuler dans la bobine.
Ensuite, dès que l'interrupteur S est ouvert, le courant stocké traverse la bobine dans le condensateur de sortie à travers la diode D.
La tension UL aux bornes de la bobine étant désormais négative, le courant traversant la bobine diminue de manière linéaire. La sortie reçoit l'énergie qui a été capturée et stockée dans la bobine. Maintenant, si l'interrupteur S est à nouveau fermé, la procédure recommence et se répète à mesure que l'interrupteur est activé/désactivé.
Modes de fonctionnement
La tension qui apparaît à la sortie est déterminée par la façon dont le commutateur S est actionné. Selon la figure ci-dessous, il existe trois types de flux de courant de base.
- Supposons que l'interrupteur S soit fermé à un point où le courant circulant à l'intérieur de la bobine n'a pas atteint zéro, un flux de courant sera toujours ressenti à travers la bobine. C'est ce qu'on appelle le 'mode continu' (CM).
- Si le courant est capable d'atteindre zéro pendant une partie du cycle, comme illustré sur la figure 2(b), alors le circuit fonctionne en « mode discontinu » (DM).
- Lorsque l'interrupteur est fermé exactement lorsque le courant de la bobine a atteint zéro, nous appelons cette opération de limite CM/DM.
Cela signifie que, dans un convertisseur abaisseur, la tension de sortie et la puissance peuvent être modifiées en ajustant les périodes 'marche' du commutateur. Ceci est également appelé le rapport marque-espace.
C'est assez de théorie; examinons maintenant un circuit simple du monde réel.
Faire une conception pratique de convertisseur Buck
La figure suivante montre un simple circuit convertisseur abaisseur pratique utilisant seulement 3 transistors et quelques autres éléments passifs.
Cela fonctionne de la manière suivante :
L'interrupteur S dans ce circuit est représenté par le transistor T1. Les autres composants du convertisseur abaisseur sont la diode D1 et la bobine L1.
Dès que le circuit est alimenté, R3 fournit un courant de base à T2 (car la spécification de tension directe de D2 est supérieure à 0,7 V) et T2 est activé.
Avec T2 conducteur, T1 obtient une polarisation de base et il commence également à conduire. Dans cette situation, le point P subit une augmentation de tension, ce qui rend T2 encore plus conducteur.
Maintenant que la tension du point P atteint 9 V, le courant à travers L1 commence à augmenter. La tension aux bornes de la bobine et son inductance influencent toutes deux la rapidité avec laquelle le courant à l'intérieur de celle-ci augmente.
Lorsque le courant aux bornes de la bobine augmente, la tension aux bornes de R1 diminue. Dès que ce potentiel atteint 0,7 V (environ 70 mA), T3 s'active. Cela supprime rapidement le courant de base de T1.
Puisque le courant dans L1 ne peut plus augmenter, la tension au point P commence à diminuer. T2 est alors désactivé, suivi de T1.
Le courant via L1 passe maintenant via D1 jusqu'à ce qu'il tombe à zéro. Cela provoque une nouvelle augmentation de la tension sur T2 et le processus se répète à nouveau.
Les transistors fonctionnent comme un thyristor avec une rétroaction positive, ce qui entraîne une oscillation. T3 s'assure que T1 est bloqué au courant prédéterminé et que le circuit fonctionne en mode limite CM/DM.
Mise à niveau du circuit pour des charges plus élevées
Au lieu d'allumer une LED, vous pouvez utiliser ce circuit pour faire fonctionner une charge nominale plus élevée. Mais avec une charge plus élevée, vous constaterez que le convertisseur abaisseur n'oscille pas.
Cela est dû à la charge empêchant R3 d'activer T2 au démarrage.
Ce problème peut être évité en plaçant un condensateur (0,1 uF) entre le point P et la base de T2.
Un autre geste intelligent consisterait à lisser la tension en connectant un condensateur électrolytique de 10 F à travers la sortie.
Le convertisseur abaisseur fonctionne comme une source de courant au lieu d'une source de tension et n'est pas régulé. Cependant, pour la plupart des applications simples, cela sera plus que suffisant.
Comment construire
- Étape 1 : Prenez un panneau de bande à usage général de 20 mm sur 20 mm.
- Étape #2 : Nettoyez le côté cuivre avec un papier de verre.
- Étape 3 : Prenez les résistances et les diodes et pliez leurs fils en laissant une distance de 1 mm entre leur corps et les fils.
- Étape #4 : Insérez les résistances dans le PCB et soudez-les. Coupez les longueurs de câble excédentaires.
- Étape #5 : Insérez les transistors selon la même position de disposition comme indiqué dans le schéma. Soudez leurs fils et coupez les fils prolongés.
- Étape 6 : Maintenant, insérez l'inducteur, soudez-le et coupez ses fils.
- Étape 7 : Enfin, insérez le condensateur et la LED, soudez les fils. Couper les fils en trop
Une fois l'assemblage ci-dessus effectué interconnectez soigneusement les fils des différents composants en vous référant au schéma de principe. Pour ce faire, utilisez les morceaux de fils conducteurs coupés, préalablement coupés.
Si vous ne parvenez pas à connecter les fils directement du côté cuivre, vous pouvez utiliser un cavalier du côté composant du circuit imprimé.
Comment tester
- Gardez la LED déconnectée au démarrage.
- Appliquez 9 V CC au circuit.
- Mesurez la tension aux points où la LED est censée être connectée.
- Elle doit être d'environ 3 V à 4 V.
- Cela confirmera que vous avez correctement construit le convertisseur buck et qu'il fonctionne correctement.
- Vous pouvez couper l'alimentation et reconnecter la LED dans sa position.
- Maintenant, rallumez le DC, vous trouverez la LED illuminée de l'entrée 9 V DC avec une efficacité maximale.
Comment mesurer l'efficacité
Pour mesurer l'efficacité, vous pouvez connecter un ampèremètre en série avec la ligne positive du 9 V DC.
Ensuite, vous pouvez multiplier la lecture actuelle avec la tension (9 V).
Le résultat pourrait être quelque part environ 20 % supérieur à la spécification en watts de la LED.
Cela pourrait prouver une efficacité de 80% pour le circuit du convertisseur abaisseur, et de même.
