L’augmentation de la densité de puissance a été une constante pour les alimentations et les convertisseurs de tension à découpage. Une limite physique aurait ainsi pu être atteinte. Cela n’est pas le cas, des progrès sont encore possibles. Explications de Robin Jeffrey, directeur technique chez Lambda UK.

Quels éléments techniques ont permis d’imposer les alimentations à découpage face aux modèles linéaires ?

Robin Jeffery : Les alimentations à découpage ont commencé à prendre le pas sur les modèles linéaires au début des années 1980. A cette époque, les utilisateurs, qui avaient besoin de différentes tensions sur leur application, devaient recourir à plusieurs alimentations séparées ou à des modèles multitensions beaucoup plus chers. Le développement des transistors Mos, plus simples à commander que les bipolaires, de condensateurs et de systèmes de refroidissement performants a alors permis aux alimentations à découpage de prendre un avantage décisif sur les modèles linéaires. Dans cette décennie, le transistor Mos a en effet vu sa résistance à l’état passant être divisée par plus de 10. Les condensateurs ont pu endurer des températures de 105 °C au lieu de seulement 85 °C auparavant et cette période a été marquée par le début de la modélisation 3D pour affiner les flux d’air de refroidissement, les surfaces d’échange thermique et installer des ventilateurs. La densité de puissance des alimentations à découpage est ainsi passée de 0,08 W/cm³ à 0,2 W/cm³ ce qui a permis de monter en puissance tout en diminuant les encombrements sans impacter la fiabilité.

Quels autres progrès techniques ont favorisé le développement des alimentations à découpage ?

Robin Jeffery : l’une des avancées techniques qui a encore permis d’améliorer d’une façon significative la densité de puissance des alimentations a été l’utilisation de semiconducteurs montés directement sur substrat métallique isolé, surtout depuis 2000. Cette technique a simplifié le montage des semiconducteurs de puissance, essentiellement manuel notamment sur les dissipateurs, et a ainsi rendu possibles de nouvelles solutions de gestion thermique élevant de ce fait la densité d’énergie à 0,3 W/cm³. Les années 1990 ont également été marquées par la concurrence des pays asiatiques qui ont obligé de revoir toutes les conceptions en s’interrogeant sur le coût des solutions et l’impact des choix techniques de conception sur ces coûts. Enfin, cette période a également été marquée par le développement de topologies résonantes et multirésonantes. Les transistors Mos ont eux continuer de progresser en terme de résistance série, tout comme les condensateurs avec par exemple des modèles céramiques de 100 µF. Grâce à ces avancées, les alimentations à découpage ont pu atteindre des densités de puissance de l’ordre de 0,45 W/cm³.

Quels progrès restent possibles pour ces alimentations ? N’ont-elles pas atteint une limite ?

Robin Jeffery : la demande pour toujours plus de miniaturisation des alimentations et des convertisseurs n’est pas près de diminuer, réclamant toujours plus de rendement et la limite physique est encore assez éloignée. Nous prévoyons, par exemple, que d’ici à 2010, la densité de puissance pour les alimentations modulaires atteindra le watt par centimètre cube. A un tel niveau de puissance, les problèmes à résoudre ne se limitent plus aux composants de puissance internes qui nous laissent encore une certaine marge de manœuvre. Ils deviennent différents. Par exemple, quels connecteurs choisir pour passer 50 A dans une alimentation de la taille d’un bloc-notes ? De même, les choix techniques de l’architecture distribuée