Travailler avec un régulateur de commutation IC et un circuit buck-boost inverseur peut être un exercice d’équilibre, et un décalage de niveau adéquat est essentiel. Cet article propose une approche plus intelligente des circuits buck-boost inverseurs.
Cet article est publié par pÉlectrique dans le cadre d’un partenariat exclusif de contenu numérique avec Bodo’s Power Systems.
L’amplitude de la tension négative générée par les circuits buck-boost inverseurs peut être supérieure ou inférieure à la tension positive disponible. Par exemple, -8 V ou même -14 V peuvent être générés à partir de +12 V. Lors de l’utilisation d’un circuit intégré (CI) de régulateur de commutation avec un circuit buck-boost inverseur, la conception du système peut nécessiter des broches de communication. Si c’est le cas, les concepteurs doivent se rappeler de procéder à un décalage de niveau adéquat afin que les signaux de synchronisation et d’activation puissent être utilisés.
Pourquoi le décalage de niveau est-il nécessaire ?
Les circuits buck-boost inverseurs sont couramment utilisés pour générer des tensions d’alimentation négatives à partir de tensions positives. L’étape la plus importante est de s’assurer que les tensions négatives sont générées correctement. Cependant, des circuits de décalage de niveau supplémentaires peuvent être nécessaires si le circuit d’application principal contrôle ou supervise l’alimentation électrique. Il a une référence à la terre, tandis que la broche GND du circuit d’alimentation buck-boost inverseur est connectée à la tension négative créée.
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À quoi faut-il penser lors de la conception des circuits de décalage de niveau ?
La topologie buck-boost inverseur est l’une des topologies de régulateur de commutation de base, nécessitant une inductance, deux condensateurs et deux MOSFET en tant que commutateurs. Les commutateurs peuvent être pilotés avec n’importe quel régulateur ou contrôleur buck, donc la disponibilité des blocs de construction de régulateur de commutation possibles est vaste. La Figure 1 montre la topologie inverseur avec tous les composants nécessaires.
Figure 1. Une topologie buck-boost inverseur pour générer une tension négative avec un régulateur de commutation abaisseur (buck). Image utilisée avec l’aimable autorisation de Bodo’s Power Systems [PDF]
La Figure 2 montre un circuit buck-boost avec un régulateur buck ADP2386. Si un régulateur buck est utilisé pour le circuit inverseur, la connexion à la terre du CI se fait à la tension négative générée. La tension de sortie originale du régulateur buck est connectée à la terre du système. Le régulateur buck dans la topologie inverseur référence son propre sol à la tension négative définie parce que la tension de sortie est connectée à la terre du système. La terre de référence pour le CI (GND dans la Figure 2) n’est pas connectée à la terre du système. En conséquence, ces deux terres n’ont pas le même potentiel.
Figure 2. Déclencheur de niveau externe pour alimenter le régulateur de commutation CI avec une horloge externe pour la synchronisation. Image utilisée avec l’aimable autorisation de Bodo’s Power Systems [PDF]
La terre du régulateur de commutation CI devient la tension négative générée. Toutes les broches du régulateur de commutation CI sont maintenant référencées à la tension négative générée plutôt qu’à la terre du système. En conséquence, les lignes de communication et les connexions du système au CI et vice versa nécessitent un décalage de niveau pour garantir une communication sûre et éviter les dommages. En général, les signaux concernés sont SYNC, PGOOD, TRACKING, MODE, EN, UVLO et RESET. La Figure 2 montre un circuit de décalage de niveau possible avec deux transistors bipolaires et sept résistances (en bleu) pour un signal. Ce circuit nécessite une certaine quantité d’espace et ajoute de la complexité au circuit et des coûts. Un tel déclencheur de niveau devrait être mis en œuvre séparément pour tous les signaux précédemment mentionnés. Cela est particulièrement compliqué lorsqu’un régulateur de commutation utilise un bus numérique tel que le Power Management Bus (PMBus). Ensuite, toute la connexion du bus doit être opérée avec un décalage de niveau ou une isolation galvanique.
Figure 3. Un MAX17579 est conçu comme un régulateur buck-boost inverseur avec un décalage de niveau déjà intégré. Image utilisée avec l’aimable autorisation de Bodo’s Power Systems [PDF]
Une façon d’éviter ce circuit externe est d’utiliser un régulateur de commutation CI qui a été conçu spécifiquement pour les tensions inverseurs. Analog Devices propose une famille de régulateurs de commutation CI qui sont des variantes de régulateurs buck CI. Ils sont conçus pour faciliter la communication entre le système – l’ensemble du circuit électronique et le régulateur de commutation inverseur CI. Un décalage de niveau externe, comme montré dans la Figure 2, n’est pas nécessaire.
La Figure 3 montre le régulateur de commutation MAX17579, qui génère une tension négative à partir d’une tension positive. Le circuit est beaucoup plus compact que celui de la Figure 2.
Les outils de simulation tels que LTspice ou l’environnement de conception et d’évaluation EE-SIM peuvent fournir une meilleure compréhension du comportement de la régulation et des différences potentielles dans une topologie inverseur. Ces outils peuvent également être utilisés pour concevoir et optimiser des circuits de décalage de niveau. L’outil de conception EE-SIM simule également facilement des CI comme le MAX17579.
Cet article est apparu à l’origine dans le magazine Bodo’s Power Systems [PDF].