Gestion de l’énergie électrique dans les produits électroniques - Introduction

De plus en plus, le concepteur électronicien doit s’approprier la gestion pragmatique de l’énergie électrique sur une carte imprimée voire au sein du circuit intégré. Le régulateur linéaire de tension linéaire (même à faible chute de tension) est de plus en plus réservé à l’atténuation des bruits superposés à un niveau continu de tension, et de moins en moins à l’adaptation du niveau de tension lui-même. Le convertisseur de tension à découpage, ou convertisseur DC/DC, diffuse très largement au sein de la communauté des ingénieurs n’ayant pas de liens directs proprement dits avec celle de l’électronique de puissance. À l’inverse, la communauté de l’électronique de puissance s’intéresse au comportement des convertisseurs aux échelles de la petite puissance voire très faible puissance. Les principes de l’électronique de puissance se déclinent même dans les problématiques de récupération d’énergie ambiante pour la micro-génération d’électricité. Il y a donc un champ assez large d’applications où les deux communautés se rencontrent et peuvent partager des savoirs.

De manière simple, l’électronicien est habitué à raisonner au niveau de fonctions électroniques de niveau assez bas et un convertisseur à découpage pourra être vu comme une fonction non linéaire particulière. Un électronicien de puissance réagit sur la base de grands principes de conversion, déclinés in fine en réalisation matérielle. Les deux approches sont complémentaires et la collection Techniques de l'Ingénieur dédié à l'électronique de puissance vise à détailler certains grands principes de l’électronique de puissance dont l’électronicien peut avantageusement tirer parti lors du choix d’une architecture de conversion ou de la conception d’un convertisseur.

Les notions présentées dans cette introduction générale constituent une sorte de syllabus autour des convertisseurs continu-continu, dans une perspective de faible puissance principalement.

La collection « électronique de puissance : conversion et gestion » de Techniques de l'Ingénieur est composée de plusieurs parties assez distinctes qui exposent les principes généraux les plus utiles aux convertisseurs DC/DC. Sont ainsi couverts les éléments nécessaires à la compréhension des grandes fonctions de l’électronique de puissance, en fournissant des réponses concrètes aux questions que doit se poser un utilisateur ou un concepteur, à partir d’un problème réel. Sont également présentés les composants semi-conducteurs électroniques de puissance, dont les performances sont souvent décisives dans les choix structurels. Les perspectives d’avenir dans le domaine, sous un aspect essentiellement scientifique, sont détaillées. Une succession d’applications concrètes reflètent l’essentiel des problèmes rencontrés aujourd’hui (sécurités, asservissements, choix technologiques…).

Cet article introductif est composé de quatre sections présentant :

• la notion de conversion de puissance à découpage, illustrée par un certain nombre de problématiques ;

• les principales topologies de convertisseur à découpage, objet de la rubrique ;

• un exemple simple illustrant l’apport des développements de l’électronique de puissance au bénéfice de l’implémentation électronique d’un convertisseur ;

• la structure dite Flyback, en régime de conduction discontinue, affichant de bonnes performances pour la gestion des niveaux faibles de puissance.

Les exemples ont pour but de mettre en évidence les approches issues de l’électronique de puissance. L’électronique au sens général ne mobilise pas concrètement dès lors qu’il s’agit de l’alimentation électrique d’une carte électronique, fonction effectivement secondaire en valeur, mais maintenant indispensable.

Le lecteur trouvera en fin d'article un glossaire et un tableau des sigles utilisés.