Ce convertisseur utilise la structure BOOST, régulation en modulation de largeur d'impulsion (MLI) à fréquence fixe. Il est optimisé pour le meilleur rendement.

La fréquence est fixée entre 80 et 100 kHz (valeur peu critique). Une fréquence plus basse nécessite une inductance plus élevée, ce qui augmente le volume et les pertes. Une fréquence trop élevée conduit à des pertes de commutation non négligeables dans le transistor et des pertes supplémentaires dans l'inductance due à l'effet de peau. (Cliquer ici pour voir le schéma)

Sur le schéma de principe, on voit que les principales sources de pertes sont:

• La résistance de l'inductance L (on négligera les pertes fer)
• La résistance à l'état passant RDSon du transistor Q (on négligera les pertes de commutation)
• La chute de tension dans la diode
• La résistance série du condensateur C (ESR)

Le choix de ces composants est donc déterminant.

La valeur de l'inductance influe sur l'ondulation du courant qui la traverse, donc sur le courant crête qui traverse les autres éléments. L'étude théorique montre qu'une valeur de 40 à 50 µH est un bon compromis.

L'inductance est traversée par un courant continu ondulé dont la valeur moyenne est égale au courant consommé sur la batterie:

Ibat = Puissance de sortie / tension batterie x rendement

Avec une batterie de 12V, une sortie de 24V - 10A et un rendement de 90 % le courant consommé est de 22,2A. Si la batterie tombe à 10V, le courant monte à 26,6A.

Ce courant traverse l'inductance, il faut donc s'assurer que le matériau magnétique utilisé ne se sature pas pour ce courant augmenté de la moitié de l'ondulation (courant crête).

Rappelons que le passage d'un courant I dans les N spires de l'inductance génère une excitation magnétique H qui se traduit dans le matériau par une certaine induction B qui doit rester inférieure à l'induction à saturation Bsat du matériau magnétique considéré.

On doit donc choisir un matériau magnétique à forte induction et faibles pertes (essentiellement par courants de Foucault). Il existe des alliages spéciaux comme le molypermalloy qui présentent de telles caractéristiques, mais le plus souvent on utilise des tores en poudre de fer. Les grains de poudre de fer sont liés par un isolant, ce qui procure un entrefer réparti et augmente l'induction à saturation.

J'ai utilisé deux tores en poudre de fer de 30mm de diamètre et 11 mm d'épaisseur (tores jaunes que l'on trouve dans les vieilles alimentations de PC type AT). Les deux tores sont placés cote à cote et maintenus par un tour de ruban adhésif.

Le nombre de spires à bobiner est d'une quinzaine.

Compte tenu de la forte intensité qui circule dans l'inductance, il faut une section de cuivre importante que l'on obtient en bobinant plusieurs fils en parallèle (c'est plus facile à bobiner qu'un seul gros fil et c'est meilleur pour l'effet de peau, cf fil de Litz).

• Préparer 4 longueurs de fil émaillé de diamètre 1 mm (couper un peu plus long…)
• Torsader les 4 fils ensemble, ce qui s'effectue facilement en attachant une extrémité à une poignée de porte ou un étau et en serrant l'autre dans une perceuse à main. Torsader très serré car le fil se détend ensuite.
• Bobiner le fil sur le tore en commençant par le milieu du fil, bien serrer les spires contre le tore et les répartir sur la circonférence.
• Bobiner ainsi 15 spires. S'il reste un peu de place dans la fenêtre faire un tour supplémentaire. Attention, ce qui compte c'est le nombre de fois que le fil passe à l'intérieur du tore.

Il faut choisir un transistor MOS canal N, en boîtier plastique TO220 ou TO293 tenant au moins 45V et ayant un RDSon le plus faible possible.

Un bon compromis performance -prix est le SPP80N06S2-05 d'Infineon qui tient 55V et possède un RDS(on) de 4,8mW (disponible chez Radiospares)

On utilisera impérativement une diode Schottky de gros calibre afin de minimiser la chute de tension. J'ai utilisé des doubles diodes en TO293 que l'on trouve dans les alimentations de PC ou des 40CPQ045 de IR (disponible chez Radiospares).

Les deux diodes sont mises en parallèle.

Il faut impérativement utiliser des condensateurs à faible ESR (equivalent Series Resistor) car ils sont traversés par un courant efficace très élevé. L'utilisation de condensateurs electrochimiques ordinaires conduit à une très forte ondulation de la tension de sortie et à un échauffement éxagéré. Pour obtenir une faible ESR, on connecte plusieurs condensateurs en parallèle. J'ai utilisé des condensateurs Rubycon faible ESR de 1000µF - 35V (disponible chez Radiospares)

J'ai choisi le LM3524DN de National. C'est une version améliorée du '3524' standard.

Les autres version du '3524' ne fonctionnent pas sur ce montage. Pour les utiliser il faut faire un pont diviseur sur la référence et modifier les valeurs des résistances du pont de sortie.

Le LM3524 est muni d'une entrée shutdown qui permet de bloquer le transistor Q. Le convertisseur ne fonctionne pas et la tension en sortie est égale à la tension d'entrée (moins la chute de tension dans la diode). Ceci est commode dans le cas d'alimentation d'un PA, car on peut bloquer le convertisseur en réception (pas de parasites) ou travailler à puissance réduite pour économiser la batterie.

La mise en œuvre s'effectue à l'aide d'un simple photocoupleur, ce qui offre l'avantage d'une commande isolée.

Une cellule LC a été ajoutée en sortie afin de procurer une tension la plus propre possible. L'inductance utilisée n'est pas critique, il faut simplement qu'elle supporte le courant de sortie (récupération sur alimentation de PC).

Ce type de convertisseur provoque un appel de courant relativement important à la mise sous tension. Lors des essais, ne pas utiliser d'alimentation stabilisée limitée en courant. En effet la tension d'alimentation s'écroulant, le transistor MOS se trouve mal commandé et il peut être détruit. La tension d'alimentation ne doit pas descendre au dessous de 10V.

Le convertisseur est entièrement réalisé sur un circuit imprimé double face de 130 x 65 mm. La face supérieure est entièrement cuivrée et sert de plan de masse (à relier aux pistes de masse qui sont de l'autre côté).

Le transistor et la diode sont placés en bord de carte pour être montés sur radiateur par l'intermédiaire d'un isolant électrique bon conducteur de la chaleur (mica ou chotherm à récupérer sur l'alimentation de PC). Compte tenu de la faible dissipation de ces éléments, il est inutile de prévoir un gros radiateur. Une simple tôle d'aluminium pliée en angle droit et servant de support à l'ensemble suffit (voir photo).

L'arrivée du 12V pose quelques difficultés à cause de l'intensité très élevée. La solution la plus simple est de souder des fils souples de gros diamètre raccordés à un bornier ou à des "sucres" d'électricien.

Sur le circuit imprimé, j'ai implanté un support de fusible cartouche verre. Ceci ne permet pas des intensités supérieures à 15A. Pour utiliser le circuit au maximum de sa puissance, strapper le support de fusible et mettre en série un fusible automobile de la valeur appropriée. Surtout ne pas omettre le fusible, car le circuit n'est pas protégé contre les court-circuits.

La tension de référence issue du LM3524D est de 5V. Pour obtenir une autre tension de sortie, il suffit de modifier le pont de résistances R3, R4, RV1, R5 de manière à avoir 5V sur le curseur de RV1. Attention la tension peut monter très haut et claquer un composant. Le circuit est calculé pour une tension ajustable entre 21 et 28 V.

La tension d'entrée peut varier entre 10 et 15 V. En dehors de cette plage il y a un risque pour le transistor MOS.

• Schéma au format GIF
• Typon au format ARES
• Implantation
• Nomenclature

Dernière mise à jour le 28 mai 2003