17/08/2021 - Des convertisseurs de puissance très compacts et efficaces à faible coût

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Directeur du programme Nanoelec/PowerGan et référent grand compte au CEA, Raphael Salot détaille les enjeux et le contexte du programme, en particulier pour la préparation des prochaines générations de convertisseurs à 650 V.

Raphael Salot, Directeur du programme Nanoelec/Powergan & Référent grand compte au CEA-Leti. (c) P.Jayet/CEA

Des smartphones aux véhicules électriques en passant par les appareils électroménager, le courant et la tension électriques doivent à la fois être traités et contrôlés à l’aide d’un convertisseur pour fournir l’énergie optimale requise par chaque appareil spécifique. Cependant, la conversion de puissance entraîne une perte d’énergie. Le nitrure de gallium (GaN) et d’autres matériaux à large bande interdite peuvent réduire considérablement cette perte. Jusqu’à récemment, ces technologies étaient trop coûteuses pour être utilisées dans des applications de conversion de puissance. Mais poussés par les industries aéronautique et automobile dans leur quête de convertisseurs de puissance très compacts et efficaces à faible coût, les centres de R&D sont aujourd’hui pionniers de nouvelles techniques GaN.

Le programme Nanoelec/Powergan a pour objectif de renforcer et de structurer un écosystème industriel et académique national pour aider les acteurs de l’industrie française et européenne à prendre pied dans des secteurs variés, allant de l’équipement électronique personnel à l’électrification des transports privés et collectifs. Les équipes qui prennent part à ce programme contribuent au développement des technologies GaN-sur-silicium (GaN/Si) afin de surmonter les limitations techniques et économiques des technologies actuellement disponibles pour les composants de puissance sur le segment 100-650 V. Lancé en 2017 et dirigé par Philippe Pantigny jusqu’en novembre 2020, le programme repose sur une technologie de rupture utilisant des plaques de 200 mm compatibles avec une production de masse. Ce transfert de technologie est au cœur de la ligne pilote GaN/Si que STMicroelectronics met en œuvre dans son usine de Tours en France.

Nous améliorons les performances et la fiabilité de la première génération de composants 650 V et préparons les prochaines générations. Afin de pousser plus loin la miniaturisation des systèmes, nous travaillons sur les architectures de convertisseurs disruptifs. Nous développons également des outils et des méthodes pour co-concevoir des architectures de composants et de systèmes afin d’accélérer l’adoption technologique, en particulier pour les environnements exigeants tels que les applications automobiles.

Nous ne sommes pas loin d’accéder à des convertisseurs vraiment performants. Mais cela requiert tout de même encore quelques efforts de R&D. Chaque architecture a son propre potentiel, selon l’application visée. Les équipes académiques et industrielles réunies au sein de Nanoelec continuent d’explorer diverses architectures afin de répondre au grand besoin d’efficacité à faible coût et, peut-être plus important encore, au besoin d’une électronique de puissance plus verte.


> Découvrez l’essentiel du programme Nanoelec/Powergan ici.