TOPOLOGIES D'ALIMENTATION

=> Régulateur Shunt : Abaisseur linéaire

Avantage :

Simple, temps de réaction rapide, peu bruité

Inconvénient :

Mauvais rendement. Adapté uniquement pour les faibles puissances

La valeur de la tension de sortie fluctue avec la variation du courant de sortie

Points particuliers :

Dissipation par effet Joule dans R3

Taille

Nbr comp

Masse

Matériaux

Puissance

Rendement

Fiabilité

Réparabilité

Coût

Très petit

très faible

+++

+++

mW à 10W

20 à 80%

très bonne

Bonne

Faible

=> LDO : Abaisseur linéaire

Avantage :

Simple, temps de réaction rapide, peu bruité, précision de la tension de sortie

Inconvénient :

Mauvais rendement, convient uniquement pour les faibles puissances

Points particuliers :

En fonction de la puissance demandée nécessité de dissipation externe

Taille

Nbr comp

Masse

Matériaux

Puissance

Rendement

Fiabilité

Réparabilité

Coût

Très petit

Très faible

+++

+++

mW à 10W

--

++

++

+++

=> Buck : Abaisseur à découpage

Convertisseur Buck asynchrone

Convertisseur Buck synchrone

Avantage :

Assez simple, très bon rendement (90 à 96%). On le retrouve sur une très large gamme de puissance.

Inconvénient :

Bruit résiduel du découpage

Points particuliers :

Meilleur rendement du convertisseur synchrone par rapport à la version asynchrone.

Versions avec mode éco ou PFM pour un bon rendement aux faibles courants, mais tension de sortie moins stable.

Le circuit peut être utilisé pour réaliser un inverseur (Buck Inverter) et générer des tensions négatives avec un rendement moyen (75 à 85%).

Taille

Nbr comp

Masse

Matériaux

Puissance

Rendement

Fiabilité

Réparabilité

Coût

+++

+++

+++

+++

++

+++

++

++

++

=> Boost : Elévateur de tension

Avantage :

Assez simple, rendement élevé (85 à92%)

Inconvénient :

Bruit résiduel du découpage et ondulation résiduelle plus élevée en sortie

Points particuliers :

Version avec mode éco ou PFM pour un bon rendement aux faibles courants, mais tension de sortie moins stable.

Taille

Nbr comp

Masse

Matériaux

Puissance

Rendement

Fiabilité

Réparabilité

Coût

+++

+++

+++

+++

++

++

++

++

++

=> Buck-Boost : Elévateur-Abaisseur de tension

Avantage :

Le circuit est relativement simple pour les faibles puissances, mais il devient plus complexe pour les fortes puissances, rendement élevé (80 à95%), permet de maintenir la tension de sortie stable pour une tension d’entrée variable.

Inconvénient :

Bruit résiduel du découpage et ondulation résiduelle en sortie

Points particuliers :

Version avec mode éco ou PFM pour un bon rendement aux faibles courants, mais ondulation plus importante sur la tension de sortie.

Taille

Nbr comp

Masse

Matériaux

Puissance

Rendement

Fiabilité

Réparabilité

Coût

++

++

++

+++

++

+++

++

++

++

=> SEPIC : Elévateur-Abaisseur de tension

Avantage :

Le circuit est performant jusqu’à environ 50W. (Proches performances d’un Buck-Boost)

Mode continu (CCM), filtrage EMI plus simple et moins de stress sur la source

Inconvénient :

Mode discontinu (DCM), contrainte plus fortes sur les composants et ondulation des sortie plus importantes

Contraintes fortes sur le condensateur de couplage Cc.

Points particuliers :

Applications principales pour les systèmes sur batterie, pour la récupération d’énergie (Energy Harvesting) et pour l’automotive.

Taille

Nbr comp

Masse

Matériaux

Puissance

Rendement

Fiabilité

Réparabilité

Coût

+

++

++

+++

++

++

++

++

++

=> ZETA : Elévateur-Abaisseur de tension non-inverseur

Avantage :

Intègre un filtre LC en sortie, d’où des courants continus et une ondulation et une IEM faible

Inconvénient :

Ondulation en entrée due à la discontinuité de courant. Switch plus contraint en série avec l’alimentation.

Points particuliers :

Adapté pour les applications qui nécessitent une régulation en tension précise et pour les système nécessitants une large gamme de tension d’entrée ou de sortie comme les alimentations pour les télécommunications ou la gestion des batteries.

Taille

Nbr comp

Masse

Matériaux

Puissance

Rendement

Fiabilité

Réparabilité

Coût

++

++

++

+++

++

++

++

++

++

=> CUK : Elévateur-Abaisseur inverseur de tension 

Avantage :

Intègre un filtre LC en entrée et en sortie, d’où des courants continus, une faible ondulation et une EMI faible

Inconvénient :

Plus complexe à mettre en œuvre, peu de composants de pilotage dédiés à la topologie.

Points particuliers :

Adapté pour les applications sensibles aux EMI.

Utilisation dans les alimentations portables, le photovoltaïque

Une application typique est l’alimentation d’un LiDar pour l’automotive.

Taille

Nbr comp

Masse

Matériaux

Puissance

Rendement

Fiabilité

Réparabilité

Coût

++

++

++

+++

++

++

++

++

++

=>  Convertisseur à pompe de charge : élévateur, abaisseur, inverseur

Elévateur Vout = 2 x Vin

Abaisseur Vout = Vin / 2

Inverseur Vout = - Vin

Avantage :

Simple, peu de composants, permettent une intégration forte

Composants configurables pour les 3 topologies

Faible EMI, Rendement moyen (diminue avec le courant de sortie)

Inconvénient :

Adaptés aux circuits présentant une faible variation de la tension d’entrée.

Faible précision sur la tension de sortie et ratio fixe de tension

Convient aux applications faible courant (I<200mA)

Points particuliers :

Application dans les LCD, dans les systèmes mulirails contraints

Taille

Nbr comp

Masse

Matériaux

Puissance

Rendement

Fiabilité

Réparabilité

Coût

+++

+++

+++

+++

-

+

++

++

+++

=> Convertisseur Flyback : Abaisseur ou élévateur

Avantage :

Isolation galvanique, possibilité de secondaires multiples

Conception simplifiée du transformateur

Inconvénient :

Stress sur les composants, notamment le switch

Pas aussi performant que d’autres topologies pour les fortes puissances

Points particuliers :

Application dans les adaptateurs muraux pour les applications faible à moyenne puissance, pour les applications faible cout et pour les circuits multi rails

Taille

Nbr comp

Masse

Matériaux

Puissance

Rendement

Fiabilité

Réparabilité

Coût

+

++

++

++

+

+

++

++

++

=> Convertisseur Forward : Abaisseur ou élévateur

Avantage :

Rendement élevé, moins de stress sur les composants, meilleure régulation

Inconvénient :

Plus complexe à concevoir. Nécessite un enroulement de démagnétisation et un circuit LC de filtrage en sortie

Points particuliers :

Alimentation de puissance (industrielles), équipement télécom

Taille

Nbr comp

Masse

Matériaux

Puissance

Rendement

Fiabilité

Réparabilité

Coût

-

-

+

+++

+++

+++

++

++

+++

=>  Convertisseur Half Bridge : Abaisseur ou élévateur

Avantage :

Rendement élevé pour les puissances moyennes jusqu’à 500W, conception relativement simple, circuit magnétique de petite taille, EMI réduite

Inconvénient :

Fonctionne à VIN/2 (peut être une limitation), les pertes augmentent à haute fréquence. Courant plus élevés dans les switches que dans la topologie Full Bridge

Points particuliers :

Alimentation ACDC, contrôle moteur, équipement industriel, véhicules électriques

Taille

Nbr comp

Masse

Matériaux

Puissance

Rendement

Fiabilité

Réparabilité

Coût

-

-

+

+++

++

+++

++

++

++

=> Convertisseur Full Bridge : Abaisseur ou élévateur

Avantage :

Rendement élevé (souvent un peu inférieure à la topologie Half Bridge), fonctionne sur la gamme complète de la tension source, stress réparti sur les 4 switches.

Inconvénient :

Conception et pilotage plus complexe à concevoir. Plus de bruit de commutation, cout plus élevé

Points particuliers :

Chargeurs de batteries pour véhicules électriques, équipement télécom

Taille

Nbr comp

Masse

Matériaux

Puissance

Rendement

Fiabilité

Réparabilité

Coût

-

-

+

+++

+++

+++

++

++

+++

=> Convertisseur Push Pull : Abaisseur ou élévateur

Avantage :

Rendement élevé, capacité de travail à forte puissance

Inconvénient :

Transformateur à point milieu, un peu complexe à piloter pour assurer la symétrie des signaux et éviter le risque de saturation

Points particuliers :

Alimentation de puissance (PC, servers), véhicule électrique

Taille

Nbr comp

Masse

Matériaux

Puissance

Rendement

Fiabilité

Réparabilité

Coût

-

-

+

+++

+++

+++

++

++

+++

=> Convertisseur LLC Résonant : Abaisseur ou élévateur

Avantage :

La commutation est réalisée pour I ou V proche de 0 dans le switch d’où des pertes réduites, un stress réduit sur les composants et un rendement plus élevé et une émission EMI réduite

Inconvénient :

Plus complexe à concevoir. Nécessite plusieurs circuits magnétiques

Points particuliers :

Alimentation de puissance dans les plaques à induction, alimentations portables petites, très fiables, haut rendement et générant de faibles EMI. Convertisseur pour énergie renouvelable.

Taille

Nbr comp

Masse

Matériaux

Puissance

Rendement

Fiabilité

Réparabilité

Coût

-

-

+

+++

+++

+++

+++

++

+++

=> Convertisseur Partiel : Abaisseur ou élévateur

Avantage :

Conversion sur une portion de la tension d’entrée, moins de stress sur les composants EMI réduite. Rendement très élevé. Bien adaptée pour les fortes puissances,

Inconvénient :

Conception complexe, nécessite une alimentation isolée pour le pilotage des switches

Points particuliers :

Bien adapté pour les systèmes dont la dynamique de tension est limitée comme les batteries en charge et décharge, les fuel cells, pour des applications comme le photovoltaique.

Taille

Nbr comp

Masse

Matériaux

Puissance

Rendement

Fiabilité

Réparabilité

Coût

-

-

+

+++

+++

+++

+++

++

+++