Généralités
Transformateurs piézoélectriques

1.1 Applications

L’apparition des premiers transformateurs piézoélectriques coïncide avec le développement, dans les années 1950, des céramiques ferroélectriques de la famille cristalline des pérovskites. C’est en 1956 que C.A. Rosen [16] propose une structure de transformateur élévateur, fabriquée dans un barreau de titanate de barium (BaTiO ₃) qui démontre l’intérêt de réaliser, très simplement, des transformateurs électriques compacts, de petites dimensions et avec de bonnes performances. Cependant, l’impact de cette démonstration n’a eu, à cette époque, qu’un écho très modeste en terme d’applications industrielles.

Ce sont sans doute les nouvelles préoccupations de miniaturisation des dispositifs, mais également les progrès réalisés dans l’élaboration des céramiques ferroélectriques, qui ont donnés, au début des années 1990, un regain d’intérêt pour les transformateurs piézoélectriques [19] [21]. Par la suite, de nombreux articles paraissent, mettant en œuvre de nouvelles structures avec différentes qualités de matériaux [14] [10] [5] [13] [24] [25] [18] [7].

Le transformateur piézoélectrique, de par sa structure physique et de par ses propriétés, trouve actuellement un nombre croissant d’applications en électronique de puissance. Sa structure planaire le destine naturellement dans les applications en conversion statique où on recherche miniaturisation et haute tension ; citons l’alimentation des tubes photomultiplicateurs [6] ou le rétro-éclairage des écrans LCD ( Liquid Crystal Display ) [11] [22] : le transformateur piézoélectrique permet d’atteindre très facilement la haute tension (2 kV) nécessaire aux lampes à cathode froide sous un volume compact avec une bonne isolation galvanique. D’autres applications sont en voie d’émergence dans le domaine de la conversion d’énergie en moyennes et basses tensions :

• en moyenne tension des développements sont en cours pour les dispositifs d’alimentation des lampes fluo-compactes [1] [23]. La puissance fournie est de l’ordre de 10 à 30 W sous une tension alternative de 120 V (régime établi) à 300 V (allumage) aux environs de 100 kHz et avec un rendement supérieur à 80 %. La figure 1 présente deux convertisseurs DC/DC :

  • celui...