Convertisseurs de tension intégrés inductifs : principes fondamentaux

La conversion statique de l’énergie électrique se concrétise notamment par des convertisseurs à découpage. Le propos ici concerne la conversion d’un niveau de tension continue vers un autre, dont l’amplitude est soit plus grande soit plus petite. On parle également de régulateur de tension à découpage, en référence aux régulateurs de tension linéaires. La fonction recherchée est bien de créer un niveau de tension (continue) de valeur précise, pour alimenter une fonction. Dans les produits électroniques de faible puissance, ces convertisseurs sont nombreux. Ils le sont encore plus quand le produit électronique est alimenté par une batterie ou une pile. Tous les appareils nomades répondent à ce critère en général mais un téléviseur moderne, à diodes électroluminescentes, pose les mêmes contraintes de conversion d’énergie, mais dans ce cas la tension initiale est produite à partir du réseau électrique.

Jusqu’à un passé encore récent, le régulateur de tension (type 7805) répondait à l’objectif de générer une tension continue précise (en l’occurrence 5 volts) à partir d’une source primaire de tension continue, plus ou moins régulée (en l’occurrence au moins 9 volts en ce qui concerne le circuit 7805). Avec la démocratisation des batteries de petite taille, il est devenu nécessaire de penser au rendement de conversion, pour un objectif d’autonomie. En effet il existe pour un régulateur de tension linéaire un rendement dans le rapport entre sa tension de sortie et sa tension d’entrée. Si la tension à générer vaut la moitié de la tension d’entrée, 50 % de l’énergie est dissipée en chaleur. Or les produits électroniques utilisent des circuits souvent fabriqués en technologie CMOS, et dont la tension d’alimentation est toujours plus petite avec l’avancement technologique. En outre, les circuits électroniques alimentés par le régulateur de tension peuvent présenter une variation très rapide de consommation (le courant appelé). Pour maintenir la tension de sortie à sa valeur nominale, une boucle de régulation doit être mise en place. Il est aussi nécessaire maintenant d’ajuster en temps réel la valeur de la tension continue. Le rôle de la boucle de régulation, ou boucle fermée ou schéma de contrôle, sera double. Même triple si l’on considère que la tension d’entrée (batterie) va varier inexorablement durant les cycles de décharge et de charge. La boucle de régulation devra là encore maintenir la tension de sortie à sa valeur nominale. Un régulateur linéaire peut le faire mais un convertisseur statique à découpage aussi et il a été montré que son rendement énergétique est supérieur à celui d’un régulateur linéaire de tension