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Pour une alimentation continue positive non isolée, comparez la tension aux bornes d’entrée du module à celle que demande la charge. Si elle reste supérieure avec une marge suffisante à pleine charge, choisissez un abaisseur (buck). Si elle reste inférieure, choisissez un élévateur (boost). Si elle passe de part et d’autre de la consigne et que la sortie doit rester régulée, il faut un abaisseur-élévateur non inverseur.
Quel convertisseur convient à votre plage d’entrée ?
Exemples de tensions aux bornes du module, sur une même échelle de 0 à 12 V.
Abaisseur (buck)
Vérifiez les limites d’entrée, la marge à pleine charge et le courant de sortie permanent.
Élévateur (boost)
Vérifiez le démarrage et le maintien du courant demandé à 3,0 V.
Abaisseur-élévateur non inverseur
Vérifiez la polarité positive et la régulation au passage des 3,3 V.
Que deviennent le courant et les pertes ?
Une charge de 5 V sous 1 A absorbe 5 W, qu’elle soit alimentée par un abaisseur ou par un régulateur linéaire. Avec une source de 12 V, le courant prélevé et la chaleur dissipée diffèrent.
Pour l’abaisseur, dimensionnez la source selon le courant d’entrée et la carte selon le courant de sortie. Avec le régulateur linéaire, la difficulté consiste à évacuer 7 W de chaleur.
Pour alimenter une charge de 5 V sous 1 A depuis une source régulée de 12 V, vous pouvez envisager le module abaisseur Elecbee à sortie fixe de 5 V (EB0044142). Sa fiche indique une entrée de 7 à 26 V et recommande de rester à 1,6 A ou moins en service prolongé. Les 3 A correspondent au maximum. Vérifiez le refroidissement dans le boîtier.
Dans les deux montages, l’interrupteur commande le stockage et la restitution de l’énergie par la bobine. Chacun comporte une diode et un condensateur de sortie C. L’interrupteur se trouve côté alimentation dans l’abaisseur et dans la branche de retour dans l’élévateur.
Abaisseur (buck)
Élévateur (boost)
Comment mesurer la plage de tension d’entrée ?
La valeur nominale ne suffit pas. La tension dépend de la source et des pertes entre celle-ci et le module. Un élément lithium-ion donné pour 3,7 V atteint environ 4,2 V à pleine charge, puis sa tension baisse en se déchargeant ou sous forte charge. Une alimentation non régulée peut aussi dépasser sa valeur nominale à faible charge. Le passage du courant ajoute des chutes de tension dans les fils, connecteurs, fusibles et interrupteurs de protection.
Pour relever le minimum, mesurez directement à l’entrée du module à pleine charge, près de la fin de décharge. Vous pouvez aussi mesurer à la source dans ces conditions et retrancher la chute totale à l’aller et au retour entre les points de mesure et le module.
Comptez cette chute une seule fois : elle est déjà incluse dans une mesure prise côté module. Vérifiez aussi que la tension la plus élevée, batterie pleine et charge faible ou débranchée, reste dans les limites du module.
Comparez les deux extrémités de la plage à la consigne. Un élévateur seul ne peut pas abaisser une tension excessive. Pour un abaisseur, vérifiez à l’entrée minimale l’écart de tension dont ce modèle a besoin sous charge pour rester en régulation.
Une entrée de 5,10 V suffit-elle pour maintenir 5 V ?
Supposons que la charge accepte 5,00 V ±5 %, soit 4,75 à 5,25 V à ses bornes. À pleine charge, il reste 5,10 V à l’entrée. À ce courant, l’abaisseur envisagé demande une marge de 0,30 V pour tenir 5,00 V.
Il manque 0,20 V de marge. La consigne de 5,00 V n’est plus garantie, mais on ne peut pas en déduire une sortie de 4,80 V. La sortie peut suivre l’entrée, décrocher sur un transitoire ou s’arrêter sur sous-tension. Consultez les caractéristiques du fabricant au courant prévu.
Si 5,00 V régulés sont indispensables, voyez si des pertes de câblage plus faibles maintiennent l’entrée au-dessus de 5,30 V, ou choisissez un abaisseur capable de réguler avec les 0,10 V disponibles. Si la tension peut passer sous la consigne, envisagez un abaisseur-élévateur non inverseur.
Si la charge accepte toute la tolérance de ±5 %, partez du comportement documenté en sortie et de la chute dans les fils pour vérifier les deux limites, 4,75 V et 5,25 V à la charge. Même hors régulation, la tension peut rester dans la plage admissible.
Quand la tension de la batterie traverse la consigne
Un élément chargé peut fournir plus de 3,3 V au module, puis moins de 3,3 V en se déchargeant sous charge. Tenir une sortie précise sur toute la plage impose de pouvoir abaisser et élever la tension.
Vérifiez d’abord la polarité d’un module vendu comme « buck-boost ». Le montage inverseur classique à une bobine fournit une tension négative par rapport à la masse commune. Pour une sortie positive, choisissez un modèle non inverseur et vérifiez la continuité de la régulation au passage de la consigne. Un modèle non inverseur ne nécessite pas forcément quatre interrupteurs : consultez les caractéristiques de transition.
La source suffit-elle à sa tension la plus basse ?
À puissance de sortie égale et à rendement comparable, le courant d’entrée augmente quand la tension baisse. Évaluez la source et le module à la plus basse tension attendue aux bornes d’entrée. Employez le rendement de ce point de fonctionnement sous forme décimale et vérifiez aussi les autres limites.
Courant moyen d’entrée (A) = tension de sortie (V) × courant de charge (A) ÷ [tension minimale à l’entrée du module (V) × rendement]
Le module ne reçoit plus que 3,0 V mais la charge demande 5 V sous 1 A, soit 5 W. Les deux cas supposent un rendement de 85 % à ce point, soit 0,85 dans le calcul.
Pour délivrer 1 A sous 5 V
Source limitée à 1,50 A en continu
Ce calcul vérifie la puissance de la source en régime établi. Vérifiez ensuite la capacité de la carte à alimenter la charge en continu avec la température et la ventilation prévues, ainsi que le démarrage à la tension minimale.
Que signifie « 2 A » dans une fiche technique ?
La charge absorbe 1 A alors que la source de 3,0 V fournit environ 1,96 A en moyenne. Le courant de la bobine ondule à chaque cycle : la pointe dans l’interrupteur est plus élevée. L’intitulé du paramètre et les conditions d’essai permettent d’interpréter les « 2 A ».
Prenons deux fiches possibles pour cette charge.
- La carte A annonce simplement « 2 A ». Demandez le courant de sortie permanent pour 3,0 V en entrée et 5 V en sortie, avec les conditions de refroidissement. Sans ces éléments, sa capacité reste incertaine.
- La carte B fournit des courbes. Sur celle correspondant à une sortie de 5 V, relevez le courant pour 3,0 V en entrée et comparez-le à 1 A. Lisez ensuite le rendement pour cette charge afin d’estimer le courant de la source. Distinguez valeurs typiques et garanties et comparez le refroidissement d’essai à celui du boîtier.
Relevez la tension minimale de démarrage en charge. Comparez l’appel de courant à la capacité impulsionnelle de la source et vérifiez le creux de tension à l’entrée du module. Un appareil qui continue de fonctionner sur une batterie faible peut échouer au redémarrage. Mesures de démarrage de TI
Pour le TPS61022, TI spécifie le seuil de limitation du courant de vallée de l’interrupteur avec 3,6 V en entrée et 5 V en sortie. La vallée est le point bas du courant de la bobine pendant un cycle.
| Minimum | Typique | Maximum |
|---|---|---|
| 6,5 A | 8 A | 10 A |
À un autre point, 1,8 V en entrée et 5 V en sortie, TI utilise le minimum de 6,5 A, l’ondulation du courant de la bobine et un rendement de 87 % pour estimer un courant de sortie de 2,12 A. Les 8 A typiques et ces 2,12 A correspondent à des courants différents. Exemple de calcul de TI
Où mesurer si un appareil sur batterie redémarre ?
Comparez les tensions lors du même appel de charge. Mesurez aux bornes de la source et à l’entrée du module. S’il y a un câble de sortie, mesurez sur la carte et sur la charge.
Comparer les bornes de la source et l’entrée du module
Si la tension chute déjà à la source lorsque la charge démarre, vérifiez l’état de charge, le courant permanent disponible et la consommation réelle.
Si la source reste stable mais que la tension chute à l’entrée du module, examinez les fils aller et retour, connecteurs, interrupteurs et porte-fusibles.
La chute se produit-elle sur le module ou dans le câble de sortie ?
Sur un abaisseur, une baisse de sortie quand l’entrée approche la consigne peut signaler une marge insuffisante. Une forte charge ou une limitation thermique peut aussi intervenir.
Si la sortie de la carte est stable mais que la tension à la charge chute, vérifiez le câble et ses contacts. Si la sortie du module chute malgré une entrée dans la plage requise, examinez les limites de courant et de température ainsi que le courant demandé.
Le redémarrage survient-il à la mise sous tension ou à chaud ?
Un multimètre affiche une moyenne et, selon son échantillonnage, peut manquer un creux bref. Si les valeurs semblent normales mais que l’appareil redémarre à l’allumage ou sur un échelon de charge, observez l’entrée et la sortie à l’oscilloscope ou avec une capture min/max rapide.
Si le démarrage à froid se passe bien, distinguez une baisse progressive de la tension de batterie, qui augmente le courant d’entrée à puissance constante, d’une limitation thermique du module. Relevez la tension d’entrée et la température de la carte au moment du redémarrage.
Une fois connus la plage d’entrée réelle, la tension de sortie et le courant dans le cas le plus défavorable, comparez-les aux spécifications des convertisseurs DC-DC.
