Couverture ElectroniqueS n°127

La dernière édition de la manifestation Electronica, qui s'est tenue du 13 au 16 novembre à Munich, a fait la part belle à la puissance et, en particulier, à la conversion d'énergie. De nombreux circuits ou sous-systèmes, innovants ou simplement dignes d'intérêt, ont ainsi été mis en exergue. < Les BridgeSwitch, une famille de circuits de commande de moteurs DC sans balais à haut rendement de Power Integrations, promettent l'élimination des dissipateurs thermiques. L es segments de l'électronique de puissance et de la conversion d'énergie en particulier (à Munich, un hall et demi était dévolu aux seules alimentations électriques) étaient fort bien représentés à Electronica. Il est vrai que l'occasion était belle pour les spécialistes des semi-conducteurs de dévoiler des produits innovants, alors que la prochaine mouture de PCIM Europe n'aura pas lieu avant mai 2019. Ainsi en a-t-il été de Power Integrations qui a annoncé une gamme de circuits dédiés à la commande des moteurs DC sans balais (BLDC, Brushless DC ). Les marchés visés incluent notamment les appareils électroménagers (réfrigérateurs, lave-vaisselle...), les systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation, les pompes... Dans une configuration en ment : ES_93_COILCRAFT.pdf demi-pont, les BridgeSwitch intègrent des transistors FredFet ( Fast Recovery Diode Field age Effect : 1;Format Transistor ) : (199.82 canal N x de 600 V, ainsi que leurs pilotes côtés haut/bas. La mesure du courant est interne et s'effectue sans pertes. Selon la société, dans une application de commande de moteur .82 mm);Plaque : composite BLDC, avec un onduleur triphasé de 300 W réalisé autour de trois BridgeSwitch, le rendement obtenu atteint 98,5 %. Il est alors envisageable de faire ate : 02. May 2018 - 15: 09 l'impasse sur un dissipateur thermique avec, à la clé, des réductions tant en termes de coût que de poids. Les FredFet sont pourvus de diodes rapides à recouvrement doux. Au moment de la commutation, les pertes sont incidemment réduites et le bruit généré atténué. De ce fait, les problèmes liés aux interférences électromagnétiques (IEM) se posent avec moins d'acuité. Des pilotes de course Les circuits sont dotés d'un dis-positif de surveillance système et d'une interface de gestion des états à un seul fil. Cette dernière autorise la communication entre l'ensemble moteurmicrocontrôleur et jusqu'à trois composants BridgeSwitch. Il est possible de fixer des limites de courant différentes pour les valeurs haute et basse de l'alimentation, ce qui élimine l'obli-gation, pour le microcontrôleur et les circuits externes, de protéger le système dans le cas où les enroulements du moteur seraient ouverts ou en court-circuit. La fonction intégrée de contrôle du courant sans perte assure une protection matérielle des défauts moteur, simplifiant de la sorte la mise en application des exigences des normes IEC 60335-1 et IEC 60730-1. « Nous avons jeté un regard neuf sur les défis posés par le marché florissant des moteurs DC sans balais et les réglementations toujours plus strictes de réduction de la consommation d'énergie. Avec notre solution innovante, il est possible d'assurer la conformité aux normes de sécurité, tout en simplifiant la circuiterie et en diminuant les temps de développement », explique Cristian Ionescu-Catrina, responsable marketing produit chez Power Integrations. Pour la correction du facteur de puissance, Future Electronics a présenté la carte de référence GaNdalf. Les commutateurs de puissance GaN de Panasonic étaient ici associés à un contrôleur de signal numérique de Microchip. Fruit de la coopération entre l'américain ON Semiconductor et l'allemand ZF, cet interrupteur sans fil Bluetooth fait appel à un principe de récupération de l'énergie ambiante. Les fonctions de sécurité incluent la détection de température excessive à deux niveaux, la limitation du cou-rant cycle par cycle pour les valeurs haute et basse de l'alimentation, ainsi que la protection et la notification en cas de surtension et de tension insuf-fisante sur le bus DC. Enfin, la compatibilité avec les algorithmes de commande les plus courants (modes vectoriel FOC, sinusoïdal et trapézoïdal, incluant la détection avec et sans capteur) est de mise. Power Integrations met à dis-position trois conceptions de référence (DER-653, DER-654 et DER-749) donnant des exemples d'onduleurs tripha-sés de 40 W et 300 W réalisés autour des BridgeSwitch. Ces derniers sont proposés dans des boîtiers CMS de type InSOP-24C, offrant des distances d'isolement supérieures à 3,2 mm. Les calibres en courant (intensité de sortie par transistor, à une température de boîtier de 25 °C) sont de 1 A, 1,7 A, 3 A et 5,5 A. Dialog Semiconductor a quant à lui mis en évidence deux circuits de gestion d'alimentation à destination des produits électroniques portés sur soi (montres connectées, bracelets de fitness, écouteurs sans fil...), mais aussi des applications domotiques (détecteurs de fumée, thermostats intelligents, serrures connectées...) et médicales (moniteurs de santé). Tenant compte des fortes contraintes d'autonomie liées aux marchés ciblés, les DA9070 et DA9073 affichent une très faible consommation. En particulier, pour chacun des régulateurs de tension (LDO et convertisseur buck) internes, le courant de repos est inférieur au microampère. Concrètement, ces deux PMIC ( Power Management Integrated Circuit ) intègrent un convertis-seur abaisseur (buck) de 300 mA, trois régulateurs linéaires (LDO/commutateurs de charge) de 150 mA, un convertisseur élévateur (boost) de 4,5 V-18 V pour alimenter capteurs et afficheur, un chargeur de batterie programmable (500 mA max.) avec gestion de la voie d'alimentation ( Power Path ), un capteur de température, une interface I²C, un chien de garde et diverses fonctions de protection. Le DA9070 permet en sus de créer simplement une jauge de batterie grâce à ses circuits de surveillance du courant et de la tension. Le tout est logé dans un petit boîtier WLCSP42 de 2,97 x 2,66 mm. Vis-à-vis d'une approche discrète, l'empreinte sur la carte serait réduite de 25 %. Bluetooth et récupération d'énergie font bon ménage Sur les stands de ZF et de ON Semiconductor était présenté un interrupteur autonome associant un générateur électromagnétique à récupération d'énergie ( energy harvesting ) du premier et un module certifié Bluetooth 5 du second. L'énergie mécanique générée lors de l'appui de l'utilisateur sur le bouton de l'interrupteur est ici convertie en énergie électrique. Plus précisément, le déplacement d'un aimant modifie le flux magnétique dans des bobines afin de créer une impulsion électrique. À chaque pression, les quelque 300 microjoules dispensés s'avèrent suffisants pour transmettre par voie radio un message au dispositif à commander. Le module Bluetooth Low Energy RSL10 SIP ( System-in-Package ) développé par ON Semiconductor s'articule autour d'un SoC RSL10 à cœur Cortex-M3 cadencé à 48 MHz. Il incorpore le frontal RF à 2,4 GHz, une antenne et tous les composants passifs requis. La partie mémoire se décompose en 384 Ko de flash pour la pile Bluetooth et les applications, 76 Ko de Sram pour les programmes et 88 Ko de Sram pour les données. Compte tenu de la très faible consommation du module, la partie alimentation se résume à un pont redresseur formé de diodes Schottky à faibles pertes et à un condensateur électrolytique. Proposé sous la forme d'une conception de référence, l'in-terrupteur à récolte d'énergie est fourni avec la nomenclature, les schémas, l'implantation sur le circuit imprimé et les fichiers Gerber. Tous éléments auxquels s'ajoutent les droits d'utilisation gratuite du micro-logiciel (firmware) côté inter-rupteur. La compatibilité est de mise avec les kits de développement IoT (IDK) et IoT Bluetooth (B-IDK) de ON Semi-conductor, qui comprennent une gamme complète de capteurs et d'actionneurs. Pour sa part, Infineon Technologies a mis l'accent sur les bénéfices apportés par les transistors à base de nitrure de gallium dans les applications de puissance. Les derniers HEMT 600 V de la famille CoolGaN sont des modèles à enrichissement, dont le grand intérêt est de présenter un comportement d'interrupteur normalement ouvert (« normally-off »), nécessitant l'application d'une tension sur la grille pour être fermé. Par rapport aux produits 600 V actuellement disponibles, ces transistors offriraient le meilleur facteur de mérite (le produit de la résistance à l'état passant par la charge de grille) du marché. Leurs caractéristiques devraient ainsi permettre de repousser encore les limites, en termes de rendement et de densité de puissance, dans le domaine des alimentations à découpage. Les hautes fréquences de commutation qu'ils autorisent se traduiront par des composants passifs de taille réduite et, incidemment, par des systèmes plus compacts et moins lourds. Proposés dans des boîtiers CMS, les CoolGaN 600 V sont crédités d'une résistance à l'état passant de 70 mO ou 190 mO. Si, pour l'heure, cinq références sont disponibles, d'autres versions (dont certaines présentant une R DS(on) de 35 mO seulement) sont en développement. Pour tirer la substantifique moelle de ces transistors, la société a enrichi sa famille EiceDRIVER de trois pilotes dédiés. Ceux-ci sont les 1EDF5673K (boîtier LGA-13 de 5 x 5 mm), 1EDF5673F (boîtier DSO-16) et 1EDS5663H (boîtier DSO-16 élargi pour une isolation renforcée). Enfin, le distributeur Future Electronics présentait sur son stand une carte de référence, baptisée GaNdalf, exploitant des composants de puissance au nitrure de gallium (en l'occurrence des transistors HEMT X-Gan de Panasonic), pour la correction du facteur de puissance (PFC, Power Factor Correction ). Les commutateurs de puissance étaient ici associés à un contrôleur de signal numérique à double cœur de la famille dsPIC33H de Microchip. Grâce aux gains procurés par la technologie GaN (faible capacité de sortie, recouvrement inverse nul) et à une commande numérique optimisée, les pertes ont été fortement réduites. La topologie à commutation dure retenue, de type « totem pole » sans pont, offre de son côté l'attrait d'un nombre limité de composants. La société annonce un facteur de puissance meilleur que 0,98 et un rendement de l'étage PFC excédant 99 %. À partir d'une tension alternative d'entrée comprise entre 85 et 265 Vac, la carte délivre une tension jusqu'à 400 Vdc. Elle peut être utilisée pour fournir une puissance maximale de 1 kW à la charge. La distorsion harmonique totale reste inférieure à 10 %. « Les excellentes performances apportées par le GaN dans des conditions de commutation dure et haute tension permettent d'obtenir le meilleur rendement possible, pour un nombre de composants relativement faible. Mais la réalisation est difficile et il y a encore beaucoup à apprendre pour profiter pleinement des avantages du GaN », analyse Etienne Lanoy, directeur des Centres d'excellence de Future Electronics. La carte GaNdalf sera mise à la disposition de clients qualifiés à partir du premier trimestre 2019.

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