Couverture ElectroniqueS n°127

La popularité dont jouit la Del blanche dans les applications portables, essentiellement pour le rétroéclairage des écrans couleur LCD, se traduit aujourd'hui par une offre abondante en matière de circuits pilotes dédiés, qu'ils soient de type pompes de charges ou régulateurs à découpage. Dans une fonction typique de rétroéclairage des écrans couleur LCD de taille modeste, dont sont aujourd'hui pourvus une myriade d'appareils nomades, les diodes électroluminescentes (Del) blanches se sont imposées grâce à de multiples atouts : une excellente fiabilité, un bon rendement optique, une tension de commande réduite. A cela s'ajoutent un prix devenu abordable et, avec l'avènement de ces composants en boîtiers CMS, un encombrement minimal. Tous facteurs qui les ont rendues plus attractives que les tubes fluorescents à cathode froide CCFL (Cold-cathode fluorescent lamp) en usage dans l'univers du PC portable. Un tel engouement a justifié la mise à disposition par de nombreuses sociétés de circuits pilotes (drivers) tenant compte de la nature particulière de la Del blanche. En effet, si chacun sait que la tension directe aux bornes d'une Del varie en fonction de la couleur diffusée, la Del blanche est de ce point de vue la plus pénalisante. Cette tension est typiquement de l'ordre de 3,5 V pour un courant de 20 mA, qui est une valeur commune, mais peut excéder 4 V, selon le fabricant et les conditions opératoires. Concrètement, cela signifie qu'une batterie constituée d'un élément Li-ion ou de quelques accumulateurs NiMH, dont l'état de charge est fluctuant, ne suffira pas. A fortiori, lorsque les-dites Del sont connectées en série. De ce fait, la première mission d'un pilote de Del blanche est d'élever la tension de service afin d'alimenter un réseau de diodes, qui serviront au rétroéclairage d'un écran LCD, mais aussi d'un clavier, voire comme flash dans un radiotéléphone faisant en sus office d'appareil de prise de vues. Notons que dans ce type d'application, la Del blanche dispose d'un attrait supplémentaire, à savoir sa mise en fonction rapide, et ce dans la mesure où il n'est pas nécessaire, à l'instar d'un flash classique à lampe xénon, de recharger un condensateur réservoir de forte valeur. Le second objectif du pilote, et non des moindres, est de garantir un certain confort visuel, nous entendons par là un éclairage homogène, constant dans le temps, en température, et en dépit des dispersions affectant les Del. La condition pour y parvenir : garantir qu'une même intensité de courant circule dans chacune des diodes. Un pilote de Del blanche est donc à la base un convertisseur DC-DC, le plus souvent doté de fonctions additionnelles, apte à satisfaire ces diverses exigences et les contraintes de coût, de faible consommation et d'encombrement des applications portables. Dans ce domaine, deux grandes familles de convertisseurs se partagent le marché : les pompes de charges, qui mettent à profit le principe de la commutation de condensateurs, et les convertisseurs élévateurs (boost) ou régulateurs à découpage utilisant un élément inductif. Dans un souci d'exhaustivité, nous inclurons une troisième catégorie bien particulière, constituée par les générateurs de courant, qui s'adresse aux applications pour lesquelles une tension de valeur suffisante (par exemple 5 V) est présente dans le système. Ces circuits ne sont pas des convertisseurs puisque leur seule préoccupation n'est plus de générer une tension suffisante pour alimenter les Del, mais de réguler le courant dans celles-ci. Générer des tensions élevées grâce au convertisseur boost Un convertisseur boost avec inductance est susceptible de délivrer la forte tension requise par des Del placées en série. La faible résistance du transistor interne (rarement externe), généralement un Mosfet canal N, utilisé comme interrupteur commandé est l'un des éléments qui garantit un rendement correct. Le grand intérêt du convertisseurs boost est son gain de conversion adaptatif. Ce qui lui permet de fournir la tension juste nécessaire et donc d'obtenir de bons rendements, soit 85 % et plus. Pour la boucle de régulation, le convertisseur à découpage fonctionne en ajustant le rapport cyclique d'un signal à fréquence constante (PWM, pulse width modulation), ou selon une modulation d'impulsions en fréquence (PFM, pulse frequency modulation) avec contrôle du courant crête dans l'inductance. En mode PFM, la fréquence entre deux impulsions de commande du transistor de commutation est fonction du courant demandé, ce qui conduit à un rendement optimisé en fonction de la charge. Cependant, en mode PWM, donc à fréquence constante, le spectre est davantage prédictible et moins riche, ce qui limite d'autant les problèmes de bruit et d'interférences. Le montage le plus usité est celui de la figure f. Il fonctionne en boucle fermée avec régulation du courant dans les Del. La tension aux bornes de la résistance est comparée avec une tension de consigne qui est souvent donnée par une référence bandgap, située aux alentours de 1,23 V. Ce qui induit une puissance dissipée non négligeable dans la résistance, préjudiciable au rendement. De ce fait, les convertisseurs actuels effectuent une comparaison avec une tension nettement moindre, de quelques dizaines à quelques centaines de millivolts. Si ce n'est fait en interne, il est possible de recourir au montage de la figure g, qui abaisse la chute de potentiel aux bornes de la résistance par le biais d'une tension de polarisation injectée sur la broche de contre-réaction du circuit. Dans certaines structures, le convertisseur délivre un courant constant programmable par l'utilisateur (figure h).

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