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Utilisez des exemples provenant d’un large éventail de domaines d’application pour apprendre la modélisation et la simulation avec System Modeler et le langage Modelica.
Convertisseur Buck
L’utilisation d’un régulateur linéaire DC/DC est l’un des moyens les plus simples de réduire la tension d’une alimentation DC. Toutefois, comme les régulateurs linéaires convertissent l’énergie excédentaire en chaleur, ils sont très inefficaces et peu pratiques à utiliser dans de nombreuses applications. Une autre solution courante pour réduire la tension continue consiste à utiliser un convertisseur Buck. Les convertisseurs Buck sont utilisés dans un grand nombre d’applications, y compris la conversion de la tension principale des ordinateurs à un niveau inférieur pouvant être utilisé par les processeurs.
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Le modèle
Un convertisseur Buck est une alimentation à découpage qui utilise deux interrupteurs (généralement une diode et un transistor), un inducteur et un condensateur pour convertir la tension du courant continu d’un niveau supérieur à un niveau inférieur. Lorsque l’interrupteur est désactivé, le courant de l’inducteur passe en roue libre à travers la diode. Lorsque l’interrupteur est activé, le courant de l’inducteur augmente et ne traverse pas la diode. Dans cet exemple, nous étudions la différence de rendement entre un convertisseur Buck et un simple régulateur Zener (linéaire) lors de la conversion d’une tension d’alimentation (Vin) de 24 V en une tension de sortie (Vout) de 12 V.
Modèle d’un convertisseur Buck et d’un régulateur Zener créé dans System Modeler à partir de composantes standard.
Résultats de la simulation
Le convertisseur Buck et le régulateur Zener produisent tous deux une tension de sortie de 12 V et un courant de charge de 1 A. Notez toutefois l’effet d’ondulation causé par le convertisseur Buck. L’ondulation de sortie est l’un des principaux inconvénients de l’utilisation d’une alimentation à découpage.
Tension de sortie. L’encadré montre l’ondulation de la tension de sortie.
Courant de charge.
Bien qu’ils souffrent d’une ondulation de la tension de sortie, les convertisseurs Buck sont beaucoup plus efficaces que les régulateurs linéaires, car ils ne gaspillent que très peu d’énergie en pertes résistives. Dans ce cas particulier, le convertisseur Buck a été modélisé à l’aide d’un commutateur de puissance idéal et d’une inductance idéale, ce qui rend son efficacité légèrement irréaliste. Toutefois, même en tenant compte du fait que les convertisseurs ne sont pas parfaits, les convertisseurs Buck peuvent encore atteindre un rendement de 95 % ou plus.
Voici le rendement des circuits du convertisseur Buck et du régulateur Zener, représenté comme le rapport entre l’énergie d’entrée fournie par la source de tension et l’énergie de sortie au niveau de la charge. Comme on peut le voir, environ 50 % de l’énergie d’entrée dans le circuit du régulateur Zener est perdue sous forme de chaleur, alors que le convertisseur Buck atteint un rendement de près de 100 %.
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