Introduction

Le convertisseur buck-boost est un type de convertisseur de puissance DC-DC qui peut augmenter (boost) ou diminuer (buck) la tension d’entrée en fonction des besoins. Ce type de convertisseur est particulièrement utile dans les applications où la tension d’entrée peut varier au-dessus et au-dessous de la tension de sortie souhaitée. Néanmoins la polarité de la tension de sortie est inversé par rapport à celle de l’entrée.

Un inconvénient de ce convertisseur est que son interrupteur ne possède pas de borne reliée au zéro, compliquant ainsi sa commande. Vous pouvez utiliser le convertisseur Fly-back si vous souhaitez éviter ce problème.

Comparé aux convertisseurs Buck et Boost, les principales différences sont:

  • La tension de sortie est de polarité inverse de celle d’entrée
  • La tension de sortie peut varier de 0 à −∞ (pour un convertisseur idéal).

Avantages

  • Flexibilité de la tension de sortie : Le convertisseur peut produire une tension de sortie qui est soit supérieure, soit inférieure à la tension d’entrée.
  • Efficacité énergétique : Les convertisseurs buck-boost modernes peuvent atteindre des rendements très élevés, souvent supérieurs à 90%, ce qui les rend idéaux pour les applications à faible consommation d’énergie.

Inconvénients

  • Complexité de conception : Comparé à des convertisseurs buck ou boost, le convertisseur buck-boost est plus complexe à concevoir et à contrôler.
  •  Interrupteur du convertisseur : ne possède pas de borne reliée au zéro, compliquant ainsi sa commande.
  • Ondulations de courant : Il peut y avoir des ondulations de courant plus importantes, nécessitant des composants de filtrage supplémentaires pour stabiliser la sortie.

Principe de fonctionnement

Le convertisseur Buck-boost fonctionne en deux phases principales : la phase de stockage d’énergie et la phase de transfert d’énergie.

A. Phase de stockage d’énergie

   – Lorsque le commutateur (souvent un transistor) est fermé, le courant traverse l’inductance et le commutateur, stockant de l’énergie dans l’inductance sous forme de champ magnétique.

   – Pendant cette phase, la diode est bloquée et la charge est alimentée par le condensateur

B. Phase de transfert d’énergie

   – Lorsque le commutateur s’ouvre, l’énergie stockée dans l’inductance est libérée. L’inductance force le courant à passer à travers la diode et à alimenter la charge.

   – La tension de sortie peut être réglée en ajustant le rapport cyclique (duty cycle) du commutateur.

C. Conduction continue et discontinue

Le convertisseur buck-boost fonctionne en conduction discontinue quand le courant demandé par la charge est faible, et il fonctionne en conduction continue pour les courants plus importants. La limite entre conduction continue et conduction discontinue est atteinte quand le courant dans l’inductance s’annule juste au moment de la commutation.

 

Explication du circuit

On va maintenant voir un exemple de circuit afin de vous aider à mieux comprendre le fonctionnement d’un convertisseur Buck-Boost : 

Commutateur (S) : Généralement, un transistor de puissance, tel qu’un MOSFET, régule le flux de courant de l’inducteur. Les modes de fonctionnement et la tension de sortie du convertisseur dépendent des états ON et OFF de l’interrupteur.

Diode (D) : Lorsque l’interrupteur est en position OFF, il permet au courant de circuler dans une seule direction, de l’inducteur vers la sortie. Le condensateur de sortie ne peut pas se décharger vers la source d’entrée grâce à la diode.

Inducteur (L) : Il stocke l’énergie pendant l’état ON de l’interrupteur et la restitue à la sortie pendant l’état OFF. L’inducteur est essentiel pour lisser les formes d’onde de la tension et du courant de sortie.

Condensateur (C) : ce composant filtre et lisse la forme d’onde de la tension de sortie en stockant et en libérant de l’énergie. Il contribue à maintenir une tension de sortie stable en atténuant l’ondulation de la tension et les réactions transitoires.

Filtres d’entrée et de sortie : Il s’agit de composants optionnels, généralement des condensateurs ou des combinaisons inducteur-condensateur (LC), utilisés pour réduire les interférences électromagnétiques (EMI) et le bruit à l’entrée et à la sortie du convertisseur.

Conclusion

Le convertisseur Buck-Boost est très utilisé lors d’une installation électronique notamment pour alimenter un circuit basse tension, après un convertisseur AC/DC. Néanmoins le convertisseur DC-DC le plus utilisé en électronique est le flyback pour sa facilité de mise en fonctionnement par rapport au Buck-Boost.