Bien que les concepteurs de systèmes la considèrent souvent comme le dernier rouage de la machine, l'alimentation électrique est en réalité probablement l'un des éléments les plus importants de leurs équipements. Des tubes thyratron utilisés dans le redresseur de puissance REC-30 pour alimenter les téléscripteurs en haute tension en 1930 [1], aux semi-conducteurs à large bande les plus récents, sans leur curiosité et leur passion, nombre de choses n'auraient pas été possibles. Voyager 2 en est un bon exemple, mais qui se souvient de ce qui s'est passé dans le secteur de l'énergie à la fin des années 1970 et au début des années 1980, et comment les ingénieurs en énergie les plus novateurs ont transformé notre industrie ?

Retour sur le champ de bataille :
Lancée le 20 août 1977, Voyager 2 était alimentée par un générateur thermoélectrique à radio-isotopes (GTR), qui convertit la chaleur dégagée par la désintégration d'un matériau radioactif en électricité. La tension produite est régulée et distribuée aux 14 instruments scientifiques et au panneau de commande principal. Le système d'alimentation global a été conçu pour intégrer le GTR et, bien que le schéma soit resté secret, une technologie totalement nouvelle, appelée « alimentation à découpage », a été évoquée.
Connus depuis 1930, les principes des alimentations à découpage sont étudiés par les concepteurs de systèmes d'alimentation depuis des décennies, l'industrie aérospatiale, et la NASA en particulier, étant à l'origine de la recherche et du développement. Compte tenu du coût astronomique d'un lancement, ainsi que de la durée de vie des sondes et satellites spatiaux, les concepteurs de systèmes d'alimentation spatiale recherchaient un poids réduit, une efficacité énergétique accrue et une taille compacte. Dans les années 1960, la NASA avait déjà utilisé des systèmes d'alimentation à découpage sur plusieurs satellites, comme Telstar en 1962.
Parallèlement aux recherches secrètes menées par les organismes aérospatiaux et militaires pour miniaturiser les systèmes d'alimentation intégrés, les concepteurs de systèmes d'alimentation du secteur civil étudiaient également des alternatives à l'architecture conventionnelle, ancienne, lourde et encombrante, composée de transformateurs, de redresseurs et de régulateurs linéaires. L'identité du premier fabricant à avoir commercialisé une alimentation à découpage fait débat, mais on peut citer RO Associates, qui a introduit une solution d'alimentation de 20 kHz en 1967, suivie d'une vague de produits, comme NEMIC Japan en 1970 et le HP 500W en 1973.
Pour les principaux concepteurs de systèmes d'alimentation, il était clair que la technologie d'alimentation à découpage représentait l'avenir. Cependant, à cette époque, les alimentations linéaires étaient la norme et la commutation était considérée comme une technologie douteuse. Certains prédisaient que le champ d'interférences généré par la commutation pourrait causer des dommages importants à l'application finale.
Il est important de rappeler que les alimentations linéaires étaient la norme dans les années 1970. Bien que Lambda ait introduit une gamme d'alimentations linéaires « standardisées », le lancement de la série « H » de Power-One est considéré par beaucoup comme la première solution d'alimentation véritablement « standard », d'abord aux États-Unis, puis en Europe. S'appuyant sur le concept ingénieux d'une plaque d'aluminium pliée servant à la fois de boîtier et de dissipateur thermique, Power-One a commercialisé un nombre impressionnant de variantes, offrant aux concepteurs de systèmes une alimentation prête à l'emploi (Figure 1).
Simultanément, au Japon – malgré le peu d'informations disponibles sur ce pays –, les fabricants d'alimentations ont non seulement lancé une gamme complète d'alimentations linéaires, mais aussi, quelques années plus tard, une gamme d'alimentations à découpage. ELCO/COSEL en est un exemple : la série linéaire « G » a été lancée en 1975, suivie en 1977 par une gamme complète d'alimentations à découpage, la série « H » (Figure 2). Le Japon était véritablement en avance sur son temps. Sony en est un autre exemple. En 1960, alors que l'industrie de la télévision utilisait encore des tubes à vide, l'entreprise fut la première à intégrer des transistors dans ses téléviseurs et probablement la première à mettre en œuvre une alimentation à découpage dans ses équipements télévisuels au début des années 1970.
Il convient également de rappeler qu'à la fin des années 1970 et au début des années 1980, la grande majorité des entreprises développant des équipements électroniques disposaient de leurs propres services d'alimentation, qui concevaient des solutions d'alimentation spécifiques à leurs applications. Il n'est donc pas surprenant que, pour nombre de ces concepteurs, le lancement de la série « H » de Power-One ait été perçu comme une menace. De nombreux fabricants d'équipements ont adopté des alimentations standardisées et réorienté la R&D de leurs services d'alimentation vers la nouvelle technologie d'alimentation à découpage, afin de prendre l'avantage sur leurs concurrents.

Animés de passion, de talent et de curiosité,
les années 1970 regorgeaient d'ingénieurs talentueux qui se consacraient à l'amélioration des solutions d'alimentation à découpage. Il faudrait un article entier pour tous les nommer. Parmi eux, il me semble particulièrement intéressant de mentionner deux « gourous de l'énergie », Robert J. Boschert (Boschert Associates) et Frederick Rod Holt (Apple), qui travaillaient simultanément sur des solutions d'alimentation plus efficaces. Dans les deux cas, comme dans l'industrie aérospatiale, leur objectif était de concevoir des alimentations plus petites, plus légères et plus performantes.
La légende raconte qu'en 1970, Robert Boschert commença à développer une alimentation plus abordable, compétitive et légère, en alternative au modèle encombrant à transformateur et à régulation linéaire. Il se concentra sur le développement d'une alimentation à découpage pour tours et imprimantes à ruban, qu'il produisit en série en 1974. En 1976, il lança l'une des premières alimentations à découpage « standard » et déposa les brevets 4 037 271 et 4 061 931 afin de protéger sa propriété intellectuelle (Figure 03). Les deux brevets furent accordés en moins d'un an, suivis du succès commercial du commutateur OL25, qui bénéficia d'une importante couverture médiatique, notamment avec l'article « Convertisseurs Flyback : solution à semi-conducteurs pour alimentations à découpage économiques », paru le 21 décembre 1978 dans la revue Electronics. Robert Boschert fut également un pionnier dans l'octroi de licences pour sa propriété intellectuelle et, dès 1977, Boschert Inc. comptait plus de 600 employés et était certifiée pour concevoir des solutions d'alimentation à découpage pour les applications spatiales et militaires.
Parallèlement, Steve Jobs, connu pour sa curiosité pour les nouvelles technologies, s'intéressa à la technologie des alimentations à découpage, mais, faute de temps, l'Apple I, sorti en avril 1976, utilisa une alimentation linéaire classique. Cependant, pendant qu'il travaillait sur l'Apple II, Rob Holt conçut une alimentation à découpage Flyback hors ligne de 38 W (figure 4), pour laquelle il déposa une demande de brevet en février 1978 et obtint le brevet en décembre (4 130 862). L'Apple II fut un succès, et face à l'augmentation des volumes de production, Apple sous-traita la fabrication de son alimentation à ASTEC, inaugurant ainsi la longue histoire des alimentations OEM pour ordinateurs.
Bien que cela puisse paraître anecdotique, cet exemple illustre la concurrence féroce qui régnait dans le secteur des alimentations, un secteur marqué par de nombreux litiges relatifs aux droits de propriété intellectuelle. Dans la biographie de Steve Jobs écrite par Walter Isaacson, Jobs déclare : « Au lieu d'une alimentation linéaire classique, Holt en a conçu une semblable à celles utilisées dans les oscilloscopes.
Elle ne coupait et n'activait pas l'alimentation soixante fois par seconde, mais des milliers de fois ; cela permettait de stocker l'énergie pendant une durée bien plus courte et, par conséquent, de dégager moins de chaleur. Cette alimentation à découpage était aussi révolutionnaire que la carte mère de l'Apple II. » Jobs ajouta plus tard : « On ne reconnaît pas assez Rod pour cela dans les livres d'histoire, et pourtant il le mérite. Aujourd'hui, tous les ordinateurs utilisent des alimentations à découpage, et tous s'inspirent de la conception de Rod Holt. »
Sans aucun doute, Steve Jobs, fin stratège marketing, aurait souhaité qu'Apple soit reconnue pour avoir introduit les alimentations à découpage dans les PC, même si de nombreux autres constructeurs, comme IBM et HP, ont emprunté la même voie à la même époque, tous visant des performances accrues et des coûts réduits.
Cependant, malgré les avantages considérables de cette technologie, son déploiement et son adoption sur le marché ont été relativement lents, et les analystes de marché estiment que seulement 8 % des alimentations fabriquées en 1978 étaient basées sur cette topologie à découpage.

Rendre mon téléscripteur plus petit, plus léger et plus rapide.
Dans l'introduction, j'ai mentionné le redresseur de puissance à thyratron REC-30 qui alimentait un téléscripteur Teletype de 1930 [1]. Peu de gens savent qu'à cette époque, les téléscripteurs étaient des machines de télécommunications de pointe, bien avant l'arrivée des technologies 1G, 2G, 3G, 4G et 5G, un système de communication qui a incité les concepteurs d'alimentations à innover.
Au-delà des topologies, une avancée majeure dans le secteur des alimentations à découpage a eu lieu en 1976 lorsque Robert Mammano, cofondateur de Silicon General Semiconductors, a présenté le premier circuit intégré de commande dédié aux alimentations à découpage. La sortie du SG1524 a marqué un progrès significatif pour la communauté des alimentations, et sa première application a été une nouvelle génération de téléscripteurs commercialisés comme « plus petits, plus légers et plus rapides ».
Initialement développé pour résoudre un problème de fabrication de téléscripteurs, l'introduction du SG1524 a marqué le début de l'ère des alimentations à découpage modernes, ouvrant la voie à des inventions et des innovations dont nous bénéficions tous aujourd'hui.

La course à l'alimentation à découpage est lancée.
Avec le développement de l'ordinateur personnel et des équipements informatiques, la demande croissante d'efficacité et de légèreté a accentué la pression sur les concepteurs d'alimentations pour qu'ils améliorent encore leurs performances. Contrairement à l'idée reçue de Steve Jobs, les leaders de l'industrie informatique comme IBM disposaient de services d'alimentation performants. Le lancement de l'ordinateur personnel IBM 5150 a donné le ton à la conception d'une alimentation dédiée avec la puce NE5560, puis la SG3524. Spécifiques à l'industrie du PC, les alimentations à découpage sont conçues pour une carte mère et ne sont pas disponibles sur étagère pour les applications courantes. Toutefois, l'effet boule de neige chez les sous-traitants a favorisé le développement de leurs propres produits, aboutissant à des gammes commerciales complètes.
Dans le secteur industriel, il est impossible de recenser tous les produits et innovations, mais puisque nous avons évoqué la série « H » de Power-One, il convient de mentionner Steve Goldman, un jeune ingénieur qui a rejoint Power-One au début des années 1980. Il a dirigé l'équipe qui a conçu la génération suivante d'alimentations à découpage : la série MAP. Il est intéressant de noter que MAP tire son nom de Michael Archer (Michael Archer Product), alors ingénieur et concepteur en chef de Power-One.
Parallèlement, les secteurs informatique et industriel s'orientaient vers des architectures d'alimentation à découpage. Bien que cette technologie ait mis des années à supplanter la solution linéaire traditionnelle, une série de congrès internationaux sur l'électronique de puissance ont vu le jour, offrant aux ingénieurs en électronique de puissance un espace d'échange et de partage de connaissances sur les nouvelles technologies.

1980, année charnière pour l'industrie de l'énergie.
À la fin des années 1970 et au début des années 1980, l'industrie de l'énergie a jeté les bases de ce qu'elle est aujourd'hui. Bien que la conférence IEEE sur l'électronique de puissance (PESC) ait vu le jour en 1970, les concepteurs et les leaders du secteur aspiraient à un forum différent pour partager leurs connaissances technologiques, leurs idées novatrices et leurs meilleures pratiques. POWERCON s'est tenue à Beverly Hills, en Californie, du 20 au 22 mars 1975, et a été suivie en 1978 par une conférence axée principalement sur les télécommunications, appelée INTELEC. Malheureusement, après neuf ans, POWERCON a cessé ses activités en 1984, laissant la communauté de l'énergie sans forum central.
À l'époque où ARPANET, l'ancêtre d'Internet, venait d'adopter le protocole TCP/IP (janvier 1983), les ingénieurs du secteur de l'énergie étaient encore loin de pouvoir échanger par messagerie instantanée et blogs. Face à la demande croissante d'une coopération plus étroite au sein de l'industrie, le besoin d'un guichet unique est devenu évident. La China Power Supply Society (CPSS) a été fondée en 1983 [2] et la Power Sources Manufacturers Association (PSMA) en 1985 [3]. Ces deux organisations visaient à partager les connaissances et à faciliter la communication au sein de leurs communautés respectives du secteur de l'énergie. Trente-cinq ans plus tard, elles continuent toutes deux de soutenir les ingénieurs en électronique de puissance.
Au moment même où la PSMA était créée, un groupe de huit ingénieurs passionnés – Bill Hazen (Prime Computer), Don Drinkwater (DEC), Phil Hower (Unitrode), Jonathan Wood (Data General), Marty Schlecht (MIT), Jack Wright (GE), Trey Burns (Data General) et John Kassakian (MIT) – a conçu l'idée de créer une conférence sur l'électronique de puissance qui engloberait la recherche, l'électronique appliquée et mettrait en relation les ingénieurs en électronique avec une communauté plus large incluant l'industrie, le tout accompagné d'une exposition. Cette conférence, baptisée Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC) [4], a eu lieu pour la première fois du 28 avril au 1er mai 1986 à La Nouvelle-Orléans.

Et l'histoire continue…
L'industrie de l'électronique de puissance a connu de nombreuses périodes d'évolution, de rupture et de révolution. Si l'introduction du transistor bipolaire a sans doute constitué la première révolution technologique, le passage de la conversion linéaire à la technologie à découpage en a assurément été la seconde, marquant le début d'une longue évolution.
Quarante-trois ans après son lancement, Voyager 2 a parcouru 22,5 milliards de kilomètres dans l'espace, et les alimentations conçues par les pionniers au début des années 1970 fonctionnent toujours. C'est ce qui nous passionne tant dans notre travail au sein de l'industrie de l'énergie, et nous devons remercier tous les brillants concepteurs d'alimentations que je n'ai pas pu nommer dans cet article, qui ont rendu possible la transition de la technologie linéaire à la technologie à découpage.

Auteur : Patrick Le Fèvre, PRBX