Comment booster 4,5V vers 5,5V DC avec un convertisseur élévateur

Augmenter la tension avec un convertisseur élévateur (boost)

La méthode standard et efficace pour augmenter 4,5V DC à 5,5V DC est un convertisseur élévateur (boost converter) (régulateur à découpage step-up). Contrairement aux régulateurs linéaires qui ne peuvent qu'abaisser la tension, un convertisseur boost stocke l'énergie dans une inductance et la restitue à un potentiel plus élevé.

Fonctionnement d'un convertisseur boost

Le circuit commute rapidement un MOSFET. Quand l'interrupteur est fermé, le courant s'accumule dans l'inductance, stockant l'énergie magnétique. Quand l'interrupteur s'ouvre, le champ de l'inductance qui s'effondre force le courant à travers une diode vers le condensateur de sortie, relevant la tension au-dessus de l'entrée. Une boucle de rétroaction ajuste le cycle de travail pour maintenir une sortie stable de 5,5V.

Composants clés

• Inductance : Élément de stockage d'énergie (typiquement 1–22 µH pour faible puissance).
• Interrupteur (MOSFET) : Intégré dans la plupart des CI modernes.
• Diode (ou redresseur synchrone) : Diode Schottky pour faibles pertes, ou second MOSFET pour rendement supérieur.
• Condensateur de sortie : Lisse le courant pulsé en DC stable (céramique ou électrolytique à ESR faible).
• CI de contrôle : Contrôleur PWM avec rétroaction de tension (ex: LM2577, MT3608, ou CI synchrones dédiés comme TPS61070).

Étapes d'implémentation pratique

1. Sélectionnez un module ou CI : Pour les amateurs, un module boost réglable préfabriqué (ex: basé sur MT3608 ou XL6009) est le plus simple. Pour la production, choisissez un CI synchrone pour >90 % de rendement.
2. Réglez la tension de sortie : Utilisez le potentiomètre embarqué ou les résistances de rétroaction (Vout = Vref × (1 + R1/R2)) pour obtenir exactement 5,5V sous charge.
3. Vérifiez la capacité de courant : Les convertisseurs boost échangent tension contre courant. Si votre charge a besoin de 500 mA à 5,5V (2,75 W), l'entrée 4,5V doit fournir >600 mA (en comptant ~85–90 % rendement). Assurez-vous que votre source 4,5V (ex: 3× piles AA, cellule Li-ion) peut délivrer le courant de crête de l'inductance sans chute excessive.
4. Gérez la chaleur : L'inductance et le CI chauffent sous charge. Assurez un plan de cuivre adéquat ou dissipateur si vous poussez les limites.

Alternatives moins courantes

• Pompe de charge (Switched Capacitor) : Bon pour très faible courant (<100 mA), pas d'inductance nécessaire, mais généralement limité à multiplication 2× (4,5V → 9V max) et non régulé.
• Multiplicateur de tension (Cockcroft-Walton) : Entrée AC requise ; inefficace pour DC-DC.
• Régulateur linéaire : Ne peut pas booster la tension. Ne fait qu'abaisser (buck).

En résumé : Utilisez un module ou CI boost synchrone. C'est la seule solution pratique et efficace pour la conversion 4,5V → 5,5V DC.