Calculateur Convertisseur Buck
Concevez des convertisseurs DC-DC buck (abaisseur). Calculez les valeurs d'inductance, de condensateur et les caractéristiques des composants.
Calculateur
Comment Utiliser Ce Calculateur
Ce calculateur de convertisseur buck vous aide à concevoir des alimentations DC-DC abaisseurs en calculant les valeurs des composants clés pour vos exigences spécifiques.
- Sélectionnez un IC Courant — Ou entrez vos propres spécifications d'entrée/sortie
- Définissez Tension et Courant — Définissez la tension d'entrée, la tension de sortie et le courant de charge
- Choisissez la Fréquence de Commutation — Fréquence plus élevée = composants plus petits, mais plus de pertes
- Définissez les Exigences d'Ondulation — 30% d'ondulation d'inductance et 50mV d'ondulation de sortie sont typiques
- Ajustez l'Efficacité — Utilisez 85% comme point de départ, ajustez selon la fiche technique de l'IC
- Cliquez sur Calculer — Obtenez les valeurs des composants et les recommandations de conception
Théorie du Convertisseur Buck
Un convertisseur buck est un régulateur à découpage DC-DC qui abaisse la tension tout en augmentant le courant. Il est plus efficace que les régulateurs linéaires car il commute au lieu de dissiper l'excès de puissance sous forme de chaleur.
Fonctionnement de Base
- Interrupteur ON: Le courant circule à travers l'inductance, stockant de l'énergie
- Interrupteur OFF: L'inductance libère l'énergie stockée à travers la diode
- Filtre de Sortie: Le condensateur lisse la tension de sortie
Équations Clés
Mode Continu vs Discontinu
Ce calculateur conçoit pour le Mode de Conduction Continue (CCM), où le courant d'inductance ne descend jamais à zéro. Le CCM offre une meilleure efficacité et un contrôle plus facile. L'objectif de 30% d'ondulation de courant assure le CCM jusqu'à ~15% de charge.
Sélection des Composants
Sélection de l'Inductance
| Paramètre | Exigence | Pourquoi |
|---|---|---|
| Inductance | Valeur calculée ±20% | Contrôle le courant d'ondulation |
| Courant de Saturation | > Courant de crête × 1,2 | Empêche la saturation du noyau |
| Résistance DC (DCR) | Aussi bas que possible | Réduit les pertes I²R |
| Matériau du Noyau | Ferrite ou fer pulvérisé | Faibles pertes à la fréquence |
Sélection du Condensateur de Sortie
| Type | ESR | Idéal Pour |
|---|---|---|
| MLCC (Céramique) | Très Bas (<10mΩ) | Haute fréquence, faible ondulation |
| Polymère | Bas (10-50mΩ) | Équilibre coût et performance |
| Électrolytique | Plus Élevé (50-200mΩ) | Capacité importante, sensible au coût |
Condensateur d'Entrée
Le condensateur d'entrée gère le courant d'ondulation haute fréquence et doit avoir un ESR bas. Utilisez des condensateurs céramiques près de l'IC. Le calculateur fournit la capacité minimale; ajoutez-en plus pour la marge.
Conseils de Conception
Meilleures Pratiques de Layout
- Gardez le nœud de commutation petit pour réduire les EMI
- Placez le condensateur d'entrée près des broches VIN et GND
- Utilisez des pistes larges pour les chemins de puissance (entrée, sortie, masse)
- Gardez les résistances de rétroaction loin du nœud de commutation bruyant
- Utilisez un plan de masse sur la couche inférieure
Sélection de la Fréquence
| 100-300 kHz | Inductance/condensateurs plus grands, meilleure efficacité, moins d'EMI |
| 300-1000 kHz | Bon équilibre entre taille et efficacité |
| >1 MHz | Composants les plus petits, nécessite un layout soigné |
Considérations d'Efficacité
- Charge Légère: L'efficacité diminue à cause des pertes de commutation
- Charge Lourde: Les pertes I²R dans l'inductance et les MOSFETs dominent
- Rapport Vin/Vout Élevé: Les pertes de diode augmentent (envisagez un redresseur synchrone)
- Haute Fréquence: Les pertes de commutation augmentent
Erreurs Courantes à Éviter
- Utiliser des inductances avec un courant de saturation trop proche du courant de crête
- Ignorer le déclassement des condensateurs céramiques (X5R/X7R perdent de la capacité avec la tension)
- Mauvais layout causant des EMI excessives ou de l'instabilité
- Ne pas tenir compte de l'efficacité lors du dimensionnement du courant d'entrée
Questions Fréquemment Posées
Pourquoi ma valeur d'inductance calculée est-elle différente de la fiche technique?
Les fiches techniques des ICs recommandent souvent des inductances spécifiques testées avec cet IC. Leurs valeurs peuvent différer en raison de différentes hypothèses de courant d'ondulation, de points d'efficacité optimisés ou de conditions de fonctionnement spécifiques. Utilisez la valeur de la fiche technique comme référence mais vérifiez qu'elle répond à vos exigences d'ondulation.
Puis-je utiliser une inductance plus grande que celle calculée?
Oui, une inductance plus grande réduit le courant d'ondulation et améliore l'efficacité à charge lourde. Cependant, elle augmente la taille, le coût et peut ralentir la réponse transitoire. Elle réduit également l'efficacité à charge légère.
Quelle est la charge minimale pour le fonctionnement CCM?
Avec 30% de courant d'ondulation, le CCM est maintenu jusqu'à environ 15% de la charge nominale. En dessous, le convertisseur entre en DCM (Mode de Conduction Discontinue). De nombreux ICs modernes gèrent automatiquement les deux modes.
Comment réduire davantage l'ondulation de sortie?
Ajoutez plus de capacité de sortie (surtout des céramiques à faible ESR), utilisez un filtre LC post-régulation, ou augmentez la fréquence de commutation. Notez que l'ESR du condensateur céramique domine l'ondulation aux hautes fréquences.
Dois-je utiliser une rectification synchrone ou asynchrone?
Synchrone (MOSFET au lieu de diode) est plus efficace, surtout à courants de sortie élevés et faible Vout. Asynchrone (diode) est plus simple et moins cher, adapté pour les charges légères ou les conceptions sensibles au coût.
Vérifiez Votre Sélection de Composants
Après avoir calculé les valeurs de vos composants, utilisez Schemalyzer pour vérifier votre conception de schéma. Notre analyse alimentée par IA détecte les erreurs courantes et suggère des améliorations.
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