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Des vannes à arc au mercure aux semi-conducteurs modernes : comment l'évolution de l'électronique de puissance a-t-elle changé le monde ?
Les progrès de la technologie de l'électronique de puissance sont particulièrement importants pour la transformation du mode de vie de la société moderne. Cette technologie se concentre sur le contrôle et la conversion de l'électricité. Remontant aux premiers appareils électroniques de haute puissance, on peut dire que l’invention de la vanne à arc au mercure a marqué le début d’une nouvelle ère technologique. Aujourd'hui, les dispositifs de commutation à semi-conducteurs modernes, tels que les diodes, les thyristors et les MOSFET de puissance, ont non seulement remplacé les premiers tubes à vide, mais ont également permis de nouvelles avancées technologiques. Ces appareils nous permettent de traiter efficacement de grandes quantités d’énergie électrique, devenue indispensable dans une variété de produits électroniques.
Dans la gamme allant de dizaines à plusieurs centaines de watts, les convertisseurs AC/DC (redresseurs) sont les équipements électroniques de puissance les plus courants et sont largement utilisés dans les téléviseurs, les ordinateurs personnels et les chargeurs de batterie.
Histoire de la technologie de l'électronique de puissance
Le développement de la technologie de l'électronique de puissance a commencé au début du XXe siècle. Le redresseur à arc au mercure inventé par Peter Cooper Hewitt en 1902 est devenu un dispositif important pour convertir le courant alternatif en courant continu. Avec l’avènement du redresseur au sélénium en 1933, suivi de l’invention du transistor à contact bipolaire (BJT) et du redresseur commandé au silicium (SCR), la technologie de l’électronique de puissance est entrée dans une nouvelle étape de développement. Depuis lors, les progrès de la technologie des semi-conducteurs ont permis aux diodes semi-conductrices de plus grande puissance de remplacer progressivement les tubes à vide, et une technologie d'entraînement à fréquence variable des moteurs a également vu le jour.
L'histoire de la technologie de l'électronique de puissance a vu naître de nombreuses innovations clés, ce qui en fait une pierre angulaire indispensable de l'électronique industrielle et grand public moderne.
Applications des semi-conducteurs modernes en électronique de puissance
Au cours des dernières décennies, le développement rapide de la technologie des semi-conducteurs a donné naissance à différents dispositifs électroniques, dont les plus remarquables incluent les technologies MOSFET de puissance et IGBT. Les MOSFET de puissance sont aujourd'hui les dispositifs de puissance les plus courants dans le monde en raison de leur faible puissance de commande de grille, de leurs vitesses de commutation rapides et de leur robustesse. Les IGBT ont commencé à être largement utilisés dans les années 1990, intégrant les capacités de gestion de puissance des transistors bipolaires avec les avantages de commande de grille isolée des MOSFET.
La large application du MOSFET de puissance couvre les équipements d'information portables, les circuits intégrés de puissance, les téléphones mobiles, les ordinateurs portables et les infrastructures de communication prenant en charge Internet.
Avancée et évolution des équipements
Les performances et la rentabilité des systèmes électroniques de puissance modernes dépendent des caractéristiques des dispositifs actifs. À mesure que les équipements à semi-conducteurs ont amélioré leurs capacités de gestion de la tension et du courant, les équipements à vide ont été presque entièrement remplacés. Ils sont largement utilisés comme commutateurs ou amplificateurs, et leur conception doit prendre en compte le rendement et les pertes de puissance, qui sont essentielles à l'efficacité globale des convertisseurs électroniques de puissance.
Un interrupteur idéal doit être activé ou désactivé afin de ne consommer aucune énergie, et les dispositifs à semi-conducteurs peuvent se rapprocher de ce comportement idéal, permettant des améliorations significatives de l'efficacité dans les applications d'électronique de puissance.
Convertisseur DC/AC (onduleur)
La forme d'onde de sortie CA produite par un convertisseur CC vers CA provient d'une source CC, et ce type d'onduleur est souvent utilisé dans des applications telles que les variateurs de fréquence, les systèmes UPS, les systèmes de transmission CA flexibles, etc. Avec les progrès continus de la technologie, les types et les fonctions des onduleurs sont devenus de plus en plus diversifiés. Par exemple, l'essor des onduleurs à plusieurs niveaux a rapproché la forme d'onde de sortie CA générée d'une onde sinusoïdale, améliorant ainsi la qualité de l'alimentation électrique.
Ces technologies d'onduleurs ont leurs propres caractéristiques et se font concurrence, stimulant le développement de l'ensemble du secteur et modifiant dans une large mesure la façon dont nous utilisons l'électricité.
Regard vers l'avenir
À mesure que la technologie de l'électronique de puissance continue de se développer, nous avons été témoins de l'évolution des vannes à arc au mercure vers les semi-conducteurs modernes, ce qui a non seulement modifié la production industrielle, mais a également affecté notre vie quotidienne. Les progrès de ces technologies améliorent non seulement l’efficacité énergétique, mais favorisent également l’intégration des énergies renouvelables, favorisant ainsi la réalisation de villes et de réseaux intelligents. À l’avenir, comment l’électronique de puissance continuera-t-elle à promouvoir le progrès technologique et à relever les défis du changement climatique ?
