Le CEA-Leti booste les convertisseurs CC-CC piézoélectriques
Des chercheurs français ont mis au point une technique qui ouvre la voie à l’utilisation de convertisseurs piézoélectriques dans les téléviseurs, les téléphones, les tablettes et les outils électriques.
Les chercheurs du CEA-Leti en France ont développé un convertisseur DC-DC pour réduire l’oscillation de la tension piézoélectrique et donc le courant circulant. Celui-ci est appliqué à un convertisseur DC-DC isolé à double pont basé sur deux résonateurs piézoélectriques (PR).
Le principe est validé expérimentalement, montrant une amélioration de l’efficacité allant jusqu’à 11 % et 5 % en moyenne pour l’utilisation du mouvement mécanique pour produire de l’énergie. Pour une conversion de 200 V à 120 V, le convertisseur présente un rendement de 96,2 % avec le circuit d’assistance inductif, de 94,3 % avec le circuit piézoélectrique et de 87,4 % sans aucun circuit d’assistance. Le résonateur piézoélectrique offre un gain d’efficacité sur une plage de fonctionnement plus petite que l’inductance, mais conduit à un convertisseur plus plat.
« Pour beaucoup de gens, la piézoélectricité est associée à la collecte d’énergie et à l’idée de faible puissance », explique le chercheur Ghislain Despesse. « Mais dans la conversion d’énergie, les piézoélectriques fonctionnent à des fréquences élevées, supérieures à 100 kHz, sans limites en termes de puissance d’entrée. Cela permet d’atteindre des puissances de plusieurs centaines de watts. Le champ d’application est donc très large, la plupart des convertisseurs ayant une puissance nominale inférieure à 100 W. »
L’une des limites des convertisseurs piézoélectriques est la capacité parallèle dans le circuit équivalent du résonateur. Celle-ci doit être chargée et déchargée, induisant un courant de circulation, ce qui induit des pertes.
Le convertisseur DC-DC ouvre la voie à l’utilisation de convertisseurs piézoélectriques sans transformateur, de sorte qu’ils peuvent être utilisés dans une plus large gamme d’applications.
Le convertisseur à résonateur piézoélectrique isolé à double pont (DB-IPRC) fournit une isolation en utilisant deux résonateurs piézoélectriques indépendants. La version améliorée du convertisseur DC-DC améliore considérablement l’efficacité, tout en conservant le principe d’isolation du convertisseur.
L’utilisation de résonateurs piézoélectriques à la place d’inducteurs dans la conversion de puissance « permettra de réduire considérablement la taille des convertisseurs de puissance », a déclaré M. Despesse. « Nos résultats permettent d’étendre ce type de conversion compacte aux convertisseurs isolés. Ce type de convertisseur est donc désormais compatible avec une gamme beaucoup plus large d’applications, telles que les téléviseurs, les téléphones, les tablettes et les outils électriques. »
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