Qu’est-ce qu’une alimentation à impulsion ?
Un générateur d’alimentation à impulsion est un appareil qui génère des tensions élevées de plusieurs kilovolts sur une période de temps très courte.
Il se caractérise par une tension de sortie élevée (jusqu’à 30kV) répétée à des fréquences élevées (jusqu’à 100kHz), malgré un temps de montée en tension extrêmement rapide. De plus, l’équipement lui-même et l’espace peuvent être protégés contre l’augmentation de la température, puisque la sortie n’est pas continue et qu’il y a un temps de refroidissement.
Ces dispositifs sont utilisés dans les domaines universitaires et industriels nécessitant une tension de sortie élevée (par exemple, les alimentations pour la génération de plasma).
Utilisations des alimentations à Impulsions
1. Pour la génération de plasma
La génération de plasma nécessite une tension de sortie élevée, ce qui rend les alimentations à impulsions idéales pour ce processus. La puissance fournie peut être contrôlée en faisant varier la largeur et la fréquence de l’impulsion, ce qui est pratique lorsqu’une énergie à haute densité est requise, comme lors de la génération de plasma.
Les alimentations à impulsions sont souvent utilisées comme alimentations pour les équipements appliqués au plasma. Les particules chargées telles que la lumière, les électrons et les ions générés par le plasma sont utilisées pour agir sur les objets. L’onde de choc générée par la décharge pulsée est ensuite utilisée pour la stérilisation et le traitement de l’eau.
2. Pour les lasers à excimère
Des alimentations à impulsions de courte durée et de forte puissance sont nécessaires pour piloter des lasers de forte puissance et à haut rendement tels que les lasers excimères car le gaz laser doit être excité instantanément. Il existe également d’autres utilisations pour le pilotage de ces lasers à haute puissance. Ils contribuent au développement de la technologie de lithographie des semi-conducteurs.
3. Autres
Les alimentations à impulsions sont également utilisées dans celles pour EUV et CVD plasma, où des films minces et des particules sont adsorbés et déposés à la surface de substrats/substrats EUV est l’abréviation de rayonnement ultraviolet extrême.
Le dépôt en phase vapeur par plasma est utilisé pour les revêtements isolants et protecteurs sur les semi-conducteurs. Il est également utile pour revêtir les arêtes des outils de coupe et les contacts des engrenages de nitrure de carbone ou de titane.
Les petites alimentations à impulsions sont également utilisées dans l’instrumentation. Elles fournissent des impulsions haute tension à grande vitesse aux microscopes électroniques à balayage (SEM) et aux spectromètres de masse (MS).
Principe des alimentations à impulsions
Les alimentations à impulsions sont divisées en une section chargeur et une section générateur d’impulsions.
1. Le chargeur
L’alimentation en courant alternatif à l’entrée de l’alimentation à impulsions est d’abord convertie en courant continu par un circuit redresseur et amplifiée à travers un onduleur pour la sortie. Elle est ensuite chargée dans le condensateur du premier étage dans la section du générateur d’impulsions.
2. La génération d’impulsions
La puissance chargée est convertie en impulsions par des transistors bipolaires à grille isolée (IGBT), qui sont un type de semi-conducteur de puissance capable de commuter à grande vitesse des puissances importantes.
Outre les IGBT, un élément appelé réacteur saturable est utilisé. Le réacteur saturable a une perméabilité magnétique élevée dans la plage des faibles courants et ne permet pas au courant de le traverser. Cependant, lorsque le courant augmente et que la densité du flux magnétique dépasse un certain niveau, le courant peut le traverser. Ce circuit est appelé circuit de compression magnétique.
La tension d’impulsion générée est ensuite induite dans un réacteur saturable à l’étape suivante. La tension est alors augmentée et à l’aide du circuit de compression magnétique, une impulsion courte comprimée à moins de 100ns, peut être délivrée à la charge. La relation entre la vitesse de charge du condensateur et la valeur de saturation du réacteur saturable détermine les caractéristiques de la tension de charge du circuit.
Si l’inductance du réacteur est plus petite que celle du premier étage, la tension d’impulsion peut être générée en un temps plus court. Si des impulsions plus courtes sont nécessaires, un réacteur sursaturé à plusieurs étages est disponible.
Caractéristiques des alimentations à impulsions
1. Sortie instantanée
Les alimentations à impulsions peuvent stocker l’énergie dans un condensateur lorsque la sortie est nulle, ce qui permet de générer une énergie de sortie instantanée élevée à l’activation.
2. Démarrage et répétition rapides
Les alimentations générales ont besoin de temps pour atteindre la limite supérieure de la sortie lorsqu’elles sont allumées. Les alimentations à impulsions, en revanche, ont un temps de montée très court et atteignent leur limite supérieure en quelques micro ou nanosecondes. Cette sortie peut également être répétée à grande vitesse.
3. Faible production de chaleur
Les alimentations à impulsions peuvent fonctionner par intermittence pour assurer un temps de refroidissement car le temps de sortie peut être contrôlé. Cela réduit l’augmentation de la température de l’équipement et de l’espace. Elles peuvent donc être utilisées pour alimenter des équipements sensibles à la chaleur.
4. Longue durée de vie
Le système à semi-conducteurs peut fournir une sortie d’impulsion stable pendant une longue période.