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Les convertisseur de puissance face à l’évolution technologique

Les convertisseur de puissance face à l’évolution technologique

Plus petit. Plus puissant. Plus intelligent

De nouveaux matériaux semi-conducteurs, des concepts de conception modulaires et l’intégration de fonctionnalités supplémentaires stimulent la prochaine étape de l’évolution des convertisseur de puissance.

Les convertisseurs de puissance (convertisseur de puissance) sont en pleine mutation : de nouveaux matériaux permettent des fréquences de commutation plus élevées et des conceptions plus compactes. Ces progrès technologiques font notamment progresser les convertisseurs de puissance (convertisseurs CA/CC et CC/CC), qui constituent des composants essentiels des applications modernes telles que la mobilité électrique et les systèmes d’énergie renouvelable. Dans le sillage de cette évolution, les technologies de connexion innovantes, qui permettent une efficacité, une miniaturisation et une fonctionnalité accrues, gagnent également en importance.

Dans les pages qui suivent, nous mettons en lumière les principales évolutions technologiques dans le domaine des convertisseur de puissance et montrons comment ces tendances influenceront durablement l’avenir de l’électronique de puissance.


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Les innovations technologiques caractérisent les convertisseurs de puconvertisseur de puissance modernes

Les convertisseur de puissance au cœur des systèmes d’alimentation modernes

Fig. 1 : Configuration PCI (x8)
Les convertisseurs de puissance (convertisseur de puissance), grâce à la régulation des niveaux de tension et à la minimisation des pertes d’énergie, constituent le cœur des systèmes d’alimentation électrique modernes. Les opportunités de croissance sur le marché des convertisseurs de puissance découlent de l’essor de la mobilité électrique, des progrès de l’automatisation industrielle et du développement des systèmes d’énergie renouvelable. Les développements technologiques actuels dans le domaine des convertisseurs de puissance visent à répondre aux exigences croissantes en matière d’efficacité, de miniaturisation et de fonctionnalité.

Les nouvelles technologies des semi-conducteurs permettent d'atteindre des fréquences de commutation plus élevées et d'obtenir des conceptions plus compactes

L’utilisation de nouvelles technologies de semi-conducteurs telles que le carbure de silicium (SiC) et le nitrure de gallium (GaN) permet d’atteindre des fréquences de commutation nettement plus élevées, ce qui rend possible des conceptions plus compactes et plus efficaces, avec un temps de réponse et une précision de régulation améliorés. Les semi-conducteurs à large bande interdite (WBG), tels que le SiC et le GaN, possèdent de meilleures propriétés électriques en termes de vitesse de commutation, de résistance à ltension de tenue ainsi que de pertes, ce qui permet un fonctionnement plus efficace à des températures plus élevées. L’augmentation de la fréquence de commutation permet de réduire le poids et la taille des composants passifs, tels que les condensateurs, et de réaliser des conceptions plus compactes. 

Miniaturisation et amélioration de l'efficacité

Les nouvelles topologies de circuits ainsi que les progrès de la technologie de fabrication se traduisent par des convertisseurs de puissance de plus en plus petits et imposent des exigences élevées en matière de gestion thermique et de conception électrique, car des densités d’intégration élevées et des pistes conductrices plus courtes doivent permettre de réduire les pertes. L’utilisation de dissipateurs thermiques optimisés et de substrats métalliques isolés (IMS) augmente la fiabilité des convertisseur de puissance de puissance et améliore la dissipation thermique. Des fonctions avancées de gestion de l’énergie permettent une adaptation dynamique de la consommation d’énergie en fonction de la charge. 

Modularisation et standardisation des sous-ensembles

Parallèlement, la modularisation prend de plus en plus d'importance. Grâce à des composants standardisés et à des systèmes modulaires, les modules peuvent être configurés et adaptés de manière flexible, et leur maintenance est simplifiée, ce qui réduit les délais de développement et les coûts.

Systèmes intelligents dotés de fonctionnalités avancées

Ces avancées sont complétées par des systèmes de plus en plus intelligents dotés de fonctions avancées de diagnostic et de surveillance, par des techniques de commande numériques ainsi que par l’intégration de fonctions étendues de sécurité et de protection. Les fonctions de diagnostic et de surveillance permettent une maintenance préventive et garantissent une meilleure détection des défauts ; grâce aux techniques de commande numériques, les performances des convertisseurs de puissance peuvent être optimisées via des mises à jour logicielles. Les fonctions de protection contre les surintensités, la surchauffe et les surtensions garantissent une fiabilité accrue et une durée de vie prolongée des convertisseurs de puconvertisseur de puissance. 

Les défis liés à la chaîne d'approvisionnement et la pénurie de composants

Malgré les progrès technologiques, les fabricants de convertisseurs de puissance sont confrontés à des défis persistants au sein de la chaîne d'approvisionnement mondiale. La pénurie de composants essentiels – en particulier les semi-conducteurs de puissance, les composants passifs et les circuits intégrés de commande – entraîne des retards et une augmentation des coûts. Les semi-conducteurs modernes à large bande interdite, tels que le SiC et le GaN, sont particulièrement touchés, leur forte demande et leur fabrication complexe limitant leur disponibilité. Afin de garantir leur capacité de livraison, de nombreuses entreprises misent sur des stratégies telles que la diversification des fournisseurs, la fabrication régionale et les partenariats à long terme.

Les exigences posées aux techniques d'assemblage de demain  

Les évolutions technologiques décrites concernant les convertisseurs de puissance ont un impact direct sur les exigences en matière de technologie de connexion. Les exigences croissantes en matière de miniaturisation, d’efficacité et de fonctionnalité modifient non seulement la conception des circuits imprimés, mais aussi les exigences imposées aux connecteurs (connecteur) et aux composants de raccordement. Une caractéristique essentielle des convertisseurs de puissance modernes (convertisseur de puissance) ainsi que des connecteurs modernes (connecteur) réside dans leur polyvalence et, par conséquent, dans leur capacité à s’adapter aux différentes exigences des divers secteurs d’activité.

Moins d’espace, plus de fonctionnalités : les connecconnecteur miniaturisés ont le vent en poupe

La tendance à la miniaturisation oblige les développeurs à économiser chaque millimètre, y compris en matière de technologie de connexion. Sur les circuits imprimés hautement intégrés notamment, l’espace disponible pour les connecteurs est désormais très limité. Il faut donc des systèmes de connecteurs compacts mais performants, capables de transmettre des courants et des tensions élevés malgré leur petite type, tout en garantissant une connexion électrique fiable.

Des charges plus importantes exigent des solutions plus robustes

Les exigences électriques croissantes – dues notamment à des fréquences de commutation ou des températures de fonctionnement plus élevées – augmentent également les contraintes mécaniques et thermiques auxquelles sont soumis les connecconnecteur. En conséquence, la demande en solutions de connexion robustes, résistantes aux vibrations et aux variations de température, capables de fonctionner de manière fiable même dans des conditions d’exploitation exigeantes, ne cesse de croître. Les codages mécaniques, les verrouillages et les géométries de contact optimisées contribuent à éviter les erreurs d’insertion et les problèmes de contact.

Une conception efficace grâce à des solutions d'assemblage modulaires

Les conceptions modulaires prennent de plus en plus d'importance dans l'électronique de puissance, car elles offrent flexibilité, évolutivité et rapidité d'adaptation. Pour la technologie de connexion, cela signifie que les systèmes de connecteurs doivent non seulement être fiables et performants, mais aussi évolutifs, personnalisables et faciles à entretenir. Ces exigences sont satisfaites par une large gamme de nombres de pôles et de formes, la possibilité de configurations spéciales ainsi que des mécanismes robustes lors des opérations de soudage et de connexion. Ainsi, les systèmes de connecteurs modulaires contribuent de manière décisive à prolonger la durée de vie des systèmes et à réduire le coût total de possession.

Les défis liés à la chaîne d'approvisionnement et la pénurie de composants

La pénurie mondiale de composants a également des répercussions notables sur la technologie de connexion. Les métaux précieux, les matériaux de contact spéciaux et les plastiques résistants à la chaleur sont non seulement plus difficiles à trouver, mais aussi nettement plus chers. Il en résulte des délais de livraison allongés, des coûts de matériaux plus élevés ainsi qu'une augmentation des coûts énergétiques dans le processus de fabrication. Afin de garantir la sécurité d'approvisionnement, des aspects tels que la collaboration étroite avec les fournisseurs, une planification anticipée ainsi que des stratégies de conception flexibles et adaptables prennent de plus en plus d'importance.

Comment les connecteurs modernes (connecteur) peuvent répondre à ces exigences

Outre les avancées technologiques et les exigences en matière de conception de systèmes électroniques performants, les facteurs économiques et stratégiques occupent une place de plus en plus importante. Les utilisateurs et les acheteurs attendent des solutions qui soient convaincantes sur le plan technique et qui soient également viables à long terme en termes de disponibilité, de normalisation et de coûts.

Une puissance élevée dans un espace réduit

    Les connecteurs (connecteur) à pas (pas) réduit sont idéaux pour une utilisation dans les convertisseurs de puissance ; ils ne nécessitent que peu d’espace sur le circuit imprimé et permettent ainsi la conception de modules électroniques particulièrement compacts et à haute densité de puissance. Le pas de 1,27 mm de la gamme One27 d’ept représente un compromis idéal entre miniaturisation, performances électriques et stabilité mécanique.

    Flexibilité grâce à un système modulaire

    Le système modulaire de la gamme de produits One27 offre de nombreuses possibilités pour la conception personnalisée de solutions de connexion. Un large choix de types, de hauteurs et de nombres de pôles permet une distance continue entre les cartes de 8,0 à 20,00 mm – grâce à un recouvrement de contact (longueur d'engagement des contacts) de 2,4 mm. Outre les connexions parallèles (horizontales), des dispositions à 90° et 180° sont également possibles, ce qui offre une grande flexibilité lors du placement des cartes. De plus, les connexions par câble permettent un agencement flexible du module, la compensation des tolérances ainsi que la mise en œuvre d’espacements personnalisés. Les câbles sont disponibles en différentes longueurs et avec différentes isolations, en fonction des exigences mécaniques ou thermiques. Par ailleurs, des chargements spécifiques, tels que des chargements partiels ou des contacts retardés, peuvent être réalisés afin de répondre de manière ciblée à des exigences électriques ou mécaniques spécifiques.
    Bild 2
    Gamme de produits One27

    Robustesse adaptée aux environnements difficiles

    La gamme de produits One27 se distingue par une grande robustesse, ce qui est particulièrement important pour une utilisation dans le secteur automobile. Sur le plan mécanique, la gamme One27 séduit par sa grande résistance aux vibrations et sa stabilité, deux caractéristiques essentielles pour une utilisation dans l’automobile. Même dans des conditions difficiles, la connexion électrique reste fiable. De plus, la gamme de produits One27 dispose de caractéristiques mécaniques pratiques telles qu’une protection anti-rotation (dispositif anti-rotation) garantissant des connexions correctes, des ergots de pion de positionnement permettant un positionnement précis, ainsi que des chanfreins d’entrée qui compensent les désalignements angulaires et radiaux lors de l’insertion. Ces caractéristiques facilitent le montage et garantissent une connexion sûre, précise et durable.
    Par ailleurs, le choix du matériau isolant est déterminant pour la résistance à la température. Le LCP (polymère à cristaux liquides), grâce à sa classe d'inflammabilité de inflammabilité UL 94 V 0, est parfaitement adapté à des températures de fonctionnement comprises entre -55 °C et +125 °C et répond aux exigences élevées de l’industrie automobile.

    courant admissible

    Abbildung2
    Image xy : 
capacité de courant admissible par contact en fonction du nombre de pôles et du nombre de contacts conducteurs
    Grâce à des matériaux sélectionnés et à une géométrie de contact optimisée, la gamme de produits One27 peut transmettre de manière fiable des courants élevés sans surchauffe ni perte de puissance. La fabrication des contacts, en particulier l’utilisation d’alliages de cuivre spéciaux, garantit une faible résistance de contact et une dissipation thermique efficace. Cela assure une connexion stable même dans des conditions de fonctionnement extrêmes.  

    La capacité de transport de courant (courant admissible) dépend du nombre de pôles (nombre de pôles) et du nombre de contacts conducteurs. Cela s’explique notamment par une formation réduite de points chauds (hotspots) à l’intérieur des connecteurs à faible nombre de pôles.

    Une chaîne d'approvisionnement fiable grâce à une production régionale

    Un autre avantage majeur de la gamme de produits One27 réside dans le fait que leur développement et leur production s'effectuent au sein de l'Union européenne, ce qui garantit une chaîne d'approvisionnement fiable avec des circuits courts. Cette fabrication régionale est synonyme de normes de qualité les plus élevées et assure en même temps la disponibilité des composants dans les délais impartis – un facteur décisif pour les fabricants qui doivent pouvoir compter sur des temps de réaction rapides.

    Conclusion et perspectives

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    Les convertisseur de puissance (convertisseurs de puissance) sont des composants essentiels des systèmes d’alimentation modernes, de la mobilité électrique aux énergies renouvelables. Les développements futurs se concentrent sur une densité de puissance plus élevée, des types compacts, de meilleurs rendements et une intelligence système accrue. De nouveaux matériaux semi-conducteurs tels que le SiC et le GaN amélioreront considérablement les performances et le comportement thermique.

    Parallèlement, les exigences en matière de technologie de connexion augmentent. Les connecteurs modulaires (connecteur) doivent allier une puissance électrique élevée et la communication de données au sein d’un système compact, robuste et flexible. Le système One27 d’ept répond parfaitement à ces exigences et constitue ainsi un facteur décisif pour la prochaine génération de convertisseurs puissants et pérennes. La technologie de connexion est aujourd’hui un moteur central de l’innovation et n’est plus une simple composante secondaire.

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