Principes de régulation en boucle fermée : approche en mode glissant en courant - Stratégie de contrôle en boucle fermée, en courant

Il existe de nombreuses stratégies de contrôle de l’étage de puissance d’un convertisseur statique à découpage. Le propos est ici restreint aux convertisseurs non isolés, non résonnants et alimentés par une tension continue en entrée, pour fournir une tension continue en sortie. Le contrôle de la tension de sortie doit compenser l’impact de toutes variations, celle sur la tension d’entrée ou celle sur le courant de sortie. L’article [D3283] traite de la régulation de tension à fréquence fixe, en mode tension, c’est-à-dire que seule l’information sur la variation de la tension de sortie est utilisée dans la boucle de retour. Ceci consiste à mesurer la tension de sortie et comparer cette mesure à une tension de référence ; souvent la tension de référence sera la valeur de la tension à obtenir en sortie ou bien une fraction fixe de celle-ci ou encore une tension de référence à courant de sortie nulle dans le cas de l’Adaptative Voltage Positioning (AVP) de régulateurs de tension destinés aux processeurs. La comparaison, si elle est linéaire (analogique), produira une tension d’écart, ou d’erreur. Cette tension d’erreur servira à piloter l’étage de puissance par une opération de modulation. La modulation la plus simple est celle dite à largeur d’impulsion (MLI, ou Pulse-Width Modulation). Autrement dit un signal d’horloge (fréquence fixe) est transformé en un signal à même fréquence mais dont les durées à l’état haut ou bas sont modulées. La durée à l’état haut devient celle du prélèvement de l’énergie sur la tension d’entrée, alors que la durée à l’état bas définit la durée de la décharge du réservoir d’énergie en sortie, dans la charge. Il est possible également, par le même moyen, de réguler le courant dans la charge, si la mesure de courant produit une tension équivalente (par exemple aux bornes d’un shunt). Dans un convertisseur abaisseur de tension (ou hacheur série), si la tension en sortie baisse, il conviendra d’augmenter le niveau de courant dans l’inductance et vice-versa. L’information en tension, image du courant, est utilisée de manière similaire à la mesure directe de la tension en sortie dans le cas d’un convertisseur de tension (à quelques détails près, liés à un souci de stabilité de la boucle fermée). Cette opération à fréquence fixe de découpage ne présente pas d’intérêt particulier par rapport à un pilotage de la tension de sortie. Le fonctionnement à fréquence variable offrira un degré de liberté plus intéressant. Dans ce cas la comparaison entre l’image du courant dans l’inductance et une valeur de référence se fera de manière non linéaire. Le caractère « discret » de ce type de contrôle (en courant ou en tension) le différentie immédiatement du contrôle en tension à fréquence fixe, évoqué plus haut.

Il est possible de combiner les approches pour donner des performances transitoires supplémentaires à la régulation en boucle fermée. Par exemple une première boucle fermée pourra contrôler le courant dans l’inductance (caractère discret), et une seconde boucle de pilotage en tension produira la référence de courant à la première boucle (caractère linéaire).

Le contrôle en courant de manière discrète engendre une variation de la fréquence de découpage du convertisseur, quelquefois non souhaitable. Il existe alors des techniques pour synchroniser la fréquence de découpage avec celle d’une horloge de référence, lorsque le convertisseur ne subit pas de perturbations (autrement dit qu’il est en régime établi, par opposition au régime transitoire sous l’effet de perturbations dynamiques).

L’article décrit les principes d’une boucle en courant, hystérétique (non linéaire), la notion de mode glissant et l’approche de la synchronisation.