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Omnikalc

Dimensionner un convertisseur buck (abaisseur)

Dimensionnez un convertisseur abaisseur (buck) : rapport cyclique, inductance pour une ondulation donnée, courant crête dans la bobine, capacité de sortie minimale et courant d'entrée.

Mis à jour le
Vos paramètres
V

Valeur hors limites

V

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A

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kHz

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%

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mV

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%

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Résultats

Rapport cyclique

46,3 %

Inductance

10,8 µH

Courant crête dans la bobine (prenez une saturation supérieure)
2,30 A
Capacité de sortie minimale
3 µF
Courant d'entrée moyen
0,926 A
Puissance perdue en chaleur
1,11 W

Le rôle d’un convertisseur buck

Un convertisseur buck (abaisseur, ou hacheur série) abaisse une tension continue avec un excellent rendement. Un interrupteur, en général un MOSFET, découpe l’entrée à haute fréquence ; une bobine et un condensateur lissent les impulsions en une tension plus basse et stable. Des rendements de 85 à 95 % sont courants, bien mieux qu’un régulateur linéaire pour de grands écarts de tension.

Formules clés

  • Rapport cyclique : D = Vs ÷ (Ve × η), où η est le rendement.
  • Ondulation du courant dans la bobine : ΔI, souvent choisie entre 20 et 40 % du courant de sortie.
  • Inductance : L = (Ve − Vs) × D ÷ (f × ΔI).
  • Courant crête dans la bobine : Is + ΔI ÷ 2. Le courant de saturation de la bobine doit être supérieur.
  • Capacité de sortie minimale : C = ΔI ÷ (8 × f × ΔV), sans tenir compte de l’ESR du condensateur.
  • Courant d’entrée moyen : Vs × Is ÷ (Ve × η).

Exemple

De 12 V à 5 V sous 2 A, 500 kHz, 30 % d’ondulation, 90 % de rendement, 50 mV d’ondulation en sortie :

  • rapport cyclique : 5 ÷ (12 × 0,9) ≈ 46 % ;
  • ondulation de courant : 0,6 A ;
  • inductance : 7 × 0,463 ÷ (500 000 × 0,6) ≈ 10,8 µH, soit une bobine standard de 10 µH ;
  • courant crête : 2,3 A, donc une bobine d’au moins 3 A ;
  • capacité de sortie : au moins 3 µF, en pratique 22 µF ou plus de condensateurs céramiques ;
  • courant d’entrée : environ 0,93 A, avec environ 1,1 W perdu en chaleur.

Compromis de conception

  • Une fréquence plus élevée permet des bobines et condensateurs plus petits, mais augmente les pertes de commutation et les perturbations électromagnétiques.
  • Une ondulation de courant plus faible demande une bobine plus grosse mais réduit l’ondulation de sortie et les pertes.
  • L’ondulation réelle est souvent dominée par l’ESR du condensateur : ΔV ≈ ΔI × ESR. Les condensateurs céramiques ont une ESR très faible ; les électrolytiques demandent plus de marge.
  • À faible charge, le courant dans la bobine peut s’annuler (conduction discontinue) ; les formules ci-dessus supposent une conduction continue.

Conseils pratiques

  • La plupart des montages utilisent aujourd’hui un circuit intégré régulateur buck ; sa fiche technique recommande bobine et condensateurs, et ce calculateur aide à les vérifier.
  • Gardez la boucle de commutation (condensateur d’entrée, interrupteur, diode ou MOSFET bas) la plus courte possible sur le circuit imprimé.
  • Un buck ne fait qu’abaisser. Pour élever, utilisez un boost ; pour les deux, un buck-boost ou un SEPIC.

Questions fréquentes

Comment calculer le rapport cyclique d'un buck ?

D = Vs ÷ (Ve × rendement).

Comment choisir la bobine d'un buck ?

L = (Ve − Vs) × D ÷ (f × ΔI), avec ΔI d'environ 20 à 40 % du courant de sortie.

Quel est le courant crête dans la bobine ?

Le courant de sortie plus la moitié de l'ondulation. Choisissez une bobine de courant de saturation supérieur.

Un buck peut-il élever la tension ?

Non. Il faut un boost pour élever, ou un buck-boost pour les deux.

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Résultats indicatifs fournis à titre d'information. Ils ne remplacent pas l'avis d'un professionnel.