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Le contrôleur DC-DC hybride réduit la taille des convertisseurs de bus intermédiaire

Rédigé par  mercredi, 21 février 2018 10:39
Le contrôleur DC-DC hybride réduit la taille des convertisseurs de bus intermédiaire

Associant pompe de charge et convertisseur abaisseur synchrone, le LTC7821 d'Analog Devices procure des gains en termes d'encombrement sur la carte, par rapport à une approche de conversion DC-DC conventionnelle.

Les architectures d'alimentation distribuée exploitent couramment des convertisseurs de bus intermédiaire (IBC, Intermediate Bus Converter) isolés aux formats 1/16ème, 1/8ème ou ¼ de brique, transformant une tension d'entrée de 48V/54V (des valeurs typiques pour des IBC utilisés dans les applications télécom/datacom et médicales) en une tension de sortie allant de 5V à 12V. Cette dernière est ensuite convertie en une valeur plus faible afin d'alimenter FPGA, processeurs, Asic, etc.

Dans de nombreuses topologies de nouvelle génération ("48V direct"), l'isolement galvanique au niveau de l'IBC n'est plus nécessaire, dans la mesure où l'entrée est déjà isolée du secteur. Il en résulte une simplification des conceptions d'alimentation. Pour de telles applications, Analog Devices a introduit le LTC7821, un contrôleur abaisseur DC-DC 72V hybride. Le nouveau venu combine un contrôleur DC-DC synchrone et une structure à capacités commutées (pompe de charge) qui réduit de moitié la tension d'entrée. Par rapport à une approche de conversion DC-DC conventionnelle, à fréquence de commutation identique, le rendement s'en trouve amélioré (gain jusqu'à 3 points promet la société). Alternativement, à rendement équivalent, la multiplication par trois de la fréquence de commutation se traduit par une réduction de l'encombrement sur la carte, en raison de composants passifs environnants (inductance, filtres) plus petits. Parmi les autres avantages mis en exergue : un faible niveau d'interférences électromagnétiques (IEM) et un stress limité au niveau des Mosfet externes, du fait d'une commutation douce.

Fonctionnant à partir d'une tension d'entrée comprise entre 10V et 72V (80V max.), le LTC7821 génère une tension entre 0,9V et 33,5V. Dans une application typique de conversion 48V vers 12V/20A, le rendement maximal envisageable est de 97%, avec une fréquence de travail de 500kHz. Les Mosfet canal N externes commutent à une fréquence fixe, programmable entre 200kHz et 1,5MHz, alors que les pilotes de grille intégrés sont à sortance élevée. Afin de répondre à la demande des applications de forte puissance, plusieurs puces seront disposées en parallèle, dans une configuration multiphase avec partage équitable des courants.

Le circuit offre différentes fonctions de protection proprétaires pour garantir la robustesse exigée par un large éventail d'applications. Des dispositions ont aussi été prises pour s'affranchir du fort courant d'appel associé aux topologies à capacités commutées. L'équilibrage des capacités consiste ici à charger ces dernières avant l'application du signal PWM. La détection de tout dysfonctionnement potentiel est possible grâce à la surveillance de paramètres tels que la tension système, l'intensité du courant et la température. La mesure de courant s'effectuera via une résistance ou en mode DCR (résistance de l'inductance), pour faire l'économie de cette dernière et limiter les pertes. Après apparition d'un aléa, les temps de redémarrage/reprise sont programmables par l'intermédiaire d'un temporisateur. Enfin, la broche EXTVcc permet d'alimenter le circuit à partir de la tension de sortie (plus basse) du convertisseur, ou de toute autre source disponible (jusqu'à hauteur de 40V). Ce qui contribue à réduire la dissipation de puissance et à améliorer encore le rendement.

Le LTC7821 est encapsulé dans un boîtier QFN à 32 broches, dont les dimensions sont de 5x5mm. Par quantité de 1000 pièces, son prix unitaire démarre à 5,20$.

 

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