Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
L’objectif de cet article est d’introduire la rubrique Electronique de puissance pour les lecteurs de la ressource documentaire Electronique. La conversion statique à découpage de l’énergie électrique a largement envahi le domaine de l’électronique bas-niveau, analogique et/ou digitale ou encore radiofréquence. La rubrique s'adresse aux professionnels de ces domaines, qui font face à la nécessité d’implanter une fonction de conversion de tension à fort rendement énergétique ou bien plus récemment de gestion d’énergie électrique au sens large. Cet article décrit les motivations de la rubrique, ainsi qu’un guide de lecture, et enfin les perspectives de cette rubrique.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Bruno ALLARD : Professeur des universités au Département de Génie Électrique, INSA Lyon - Chercheur au laboratoire AMPERE, Univ. Lyon, INSA Lyon, Villeurbanne, France
INTRODUCTION
Cet article présente une courte introduction à l’électronique de puissance dans son acceptation pour les applications électroniques à faible puissance, c’est-à-dire une très grande gamme de produits où la régulation linéaire de tension est maintenant prohibée. Pour autant, il existe une étanchéité entre les mondes de l’électronique bas niveau et l’électronique de puissance. Il est rare qu’un enseignement sur la conception de circuits analogiques CMOS couvre les fondements de la conversion statique de l’énergie électrique. Le contraire est également vrai, mais n’est pas l’objet ici.
Aussi est née l’idée de proposer aux experts non familiers de ces fondements de l’électronique de puissance une collection dédiée à leur problématique. Il s’agit souvent de convertir une tension continue ou de l’asservir à une référence variable dans le temps, ou encore de produire une image négative d’une tension, mais avec un rendement énergétique élevé. La conversion statique couvre ces fonctions et bien d’autres, mais le propos sera volontairement réduit à quelques concepts choisis, comme par exemple la conversion sans isolation galvanique.
Le mécanisme de découpage, c’est-à-dire d’interruption brutale d’un chemin de courant pour en gérer la quantité, n’a pas les faveurs des ingénieurs en charge de la conception de fonctions électroniques délicates, car ils sont confrontés à du bruit, plus généralement reconnu sous le terme de Compatibilité ElectroMagnétique ou CEM. Enfin, contrairement au régulateur linéaire sous la forme d’un circuit intégré, un convertisseur de tension à découpage (à composants discrets) nécessite une boucle de contrôle dont il faut maîtriser la bande passante, la stabilité et les performances dynamiques. Une très grande complexité existe dans ce domaine et la collection a pour but d’aborder quelques principes fondateurs sans excès de détails.
Cet article a pour but de brosser un guide de lecture, de rappeler les motivations et les choix actés pour proposer une palette d’articles, ni trop simplistes, ni trop compliqués, et introduire la richesse des concepts en électronique de puissance. La rubrique est appelée à s’étoffer et les perspectives sont évoquées également. Elle ambitionne de donner aux experts non familiers de l’électronique de puissance l’envie de parcourir les sous-rubriques qui y sont dédiées.
Le lecteur trouvera en fin d'article un tableau des sigles utilisés.
L'expertise technique et scientifique de référence
MOTS-CLÉS
Electronique de puissance DC-DC conversion hacheur série hacheur parallèle boucle d'asservissement en tension boucle d'asservissement en courant
KEYWORDS
power electronics | conversion continu-continu | buck converter | boost converter | voltage-mode control | current-mode control
DOI (Digital Object Identifier)
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Conclusion2. Guide de lecture
Tout en étant des disciplines très proches, les fondamentaux de l’électronique de puissance sont peu ou pas introduits dans la formation des concepteurs des fonctions électroniques. L’introduction a tenté d’évoquer différents points de vue qui démontrent la richesse des approches dévolues à la conversion statique de l’énergie électrique, ou encore les convertisseurs de tension à découpage, non isolés dans un très grand nombre d’applications.
La collection proposée rassemble des articles choisis pour leur contenu et le niveau de détail avec lesquels le contenu est abordé : ni trop simple, ni trop compliqué. La lecture de ces articles doit permettre à l’ingénieur béotien d’acquérir les compétences suffisantes pour mieux comprendre les notes d’applications d’alimentations standard à découpage, puis d'aller au-delà en abordant des articles plus rigoureux dans les détails, afin de passer à la conception d’alimentations à découpage spécifiques.
Le concepteur voit en général la conception d’une alimentation à découpage sous la forme d’un problème multi-paramètre comme l’illustre la figure 10.
Le rapport de conversion dicte certaines architectures de conversion. Le dimensionnement de l’architecture fixera au premier ordre l’ondulation de la tension de sortie, tandis que le contrôle en boucle fermé interagira sur les performances en régime dynamique (régulation, asservissement). Un optimum reposera sur une relation complexe entre les pertes du convertisseur et son implémentation physique (nombre de composants, surface). L’empreinte électromagnétique dépendra également de ce compromis.
Aussi, la rubrique est logiquement découpée en 8 sous-rubriques :
-
principes de conversion (introduction générale),
-
composants et dispositifs,
-
technologies d’interconnexion (ou comment réaliser physiquement le convertisseur, en lien avec les composants choisis ou possibles),
-
architectures,
-
modulation et contrôle,
-
compatibilité électromagnétique,
-
dissipation thermique,
-
applications.
Chaque rubrique s’enrichira d’articles proposant des approches sur un périmètre de contenu restreint.
Chacune des rubriques recouvre des contenus liés au sens de la figure ...
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Guide de lecture
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - COULOT (T.) - Stratégie d’alimentation pour les SoCs RF très faible consommation. - Thèse de doctorat, Université Grenoble-Alpes (2013).
-
(2) - BURD (T.D.), BRODERSEN (R.W.) - Design Issues for Dynamic Voltage Scaling. - In Proceedings of the International Symposium on Low Power Electronics and Design, ISLPED’00, pp. 9-14 (2000).
-
(3) - TSE (K.K.), CHUNG (H.S.-H.), RON HUI (S.Y.), SO (H.C.) - A Comparative Study of Carrier-Frequency Modulation Techniques for Conducted EMI Suppression in PWM Converters. - IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 49, n° 3, pp. 618-627 (2002).
-
(4) - NEVEU (F.) - Design and implementation of high-frequency 3D DC-DC converter. - Thèse de doctorat, INSA Lyon (2016).
-
(5) - BATHILY (M.) - Design of DC/DC converters for RF Systems-on-Chip. - Thèse de doctorat, INSA Lyon (2010).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
IEEE PwrSoC workshop, manifestation bisannuelle internationale sur l’intégration de la gestion d’énergie électrique, http://pwrsocevents.com
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