Le déclin de l'ampoule à incandescence est en partie lié à l'utilisation croissante des diodes électro-luminescentes comme source d'éclairage. A cet égard, la technologie des Del a fortement progressé au cours des deux dernières années. Les avancées en matière de déperdition de chaleur, de conditionnement et de traitement ont permis d'obtenir des niveaux de luminosité supérieurs, un rendement et une durée de vie accrus. De surcroît, des gains sont encore attendus en termes de rendement de conversion énergétique, de gestion thermique et de coûts de production. En particulier, le rendement des Del a fait un bond en avant spectaculaire. Il résulte d'une génération améliorée de la lumière au sein du composant, ainsi que de son extraction efficiente de la puce et de son boîtier associé.

Quant au prix des Del, il a fortement chuté. Par exemple, lors de leur introduction sur le marché, les Del blanches de 20 mA étaient proposées à 1 $ en fort volume. Aujourd'hui, de telles diodes sont commercialisées aux alentours de 0,3 $. Si tous ces progrès ont favorisé l'adoption des Del comme source d'éclairage dans divers domaines, ils ont aussi développé une demande parallèle en circuits intégrés dont la mission est de les piloter.

Pour comprendre les obstacles inhérents à la conception et à la fabrication de ces drivers, il convient de connaître les conditions requises pour qu'une Del produise de la lumière. Ainsi, une Del blanche doit être pilotée par une source de courant constant afin que le point lumineux reste uniforme. La Del blanche étant avant tout une diode, sa chute de tension directe (Vf) doit aussi être maîtrisée. Cette dernière dépend de la valeur du courant nominal dans la diode, ainsi que de la température. La tension directe d'une Del blanche parcourue par un courant de 20 mA varie typiquement entre 2,5 et 3,9 V, sur la totalité de la plage de température de fonctionnement définie pour le composant.

La plupart des applications mettent en oeuvre plusieurs Del blanches agencées en parallèle, en série, ou selon une combinaison série-parallèle. Cela sous-entend qu'en fonction de la configuration adoptée, les pilotes de Del seront aptes à fournir un courant et une tension suffisants. De même, la topologie de conversion devra satisfaire aux conditions opératoires en rapport avec la plage de la tension d'entrée, la tension et le courant de sortie requis.

Les applications impliquant des Del sont aujourd'hui nombreuses. Nous citerons les écrans et les indicateurs pour les tableaux de bord des automobiles et des avions, les feux de circulation, les téléphones portables, les lampes de mineurs, les otoscopes, les systèmes d'éclairage extérieur des bâtiments et des stades... Cependant, à ce jour et pour les deux ans à venir, le véritable marché porteur concerne le rétroéclairage des écrans plats de type LCD. Ceux-ci équipent les systèmes de navigation, les lecteurs multimédias portables, les postes de télévision, les moniteurs pour ordinateurs...

Il existe toutefois un obstacle technique majeur à l'adoption généralisé des Del : la complexité de la gestion thermique. Bien qu'elles ne diffusent pas autant de chaleur que les autres sources d'éclairage, selon leur puissance de sortie, les Del nécessitent parfois des dissipateurs thermiques appropriés. Ceux-ci évitent la baisse du flux lumineux et la réduction de la durée de vie de la diode. Par exemple, une Del haute luminosité de 25 lumens consomme en général au-delà du watt. Le rendement de conversion du driver doit alors être suffisamment élevé, pour qu'il ne soit pas le contributeur principal au problème thermique. En outre, la place sur la carte est souvent limitée. En conséquence, le pilote devra s'accommoder d'une empreinte réduite, tout en étant de faible épaisseur. Si nous prenons l'exemple d'un téléphone portable, la majorité des modèles actuels font office d'appareils photos numériques, susceptibles de prendre des clichés et d'enregistrer des vidéos en haute résolution. Avec l'amélioration des fonctions et des performances du module photo, l'ajout d'une source de lumière blanche haute puissance est apparu inévitable, afin d'effectuer des prises de vue en intérieur ou sous une faible lumière ambiante.

De fait, les Del sont devenues les principales sources de lumière blanche dans les téléphones portables équipés d'un module photo. Pour le concepteur, elles réunissent de multiples attraits : une petite taille, une intensité lumineuse élevée, une double capacité d'éclairage correspondant aux modes « flash » et « vidéo » . Des Del à forte puissance ont été spécifiquement développées pour ces photophones, afin d'apporter une source d'éclairage d'appoint intégrée.

Si générer une lumière visible à l'aide d'une Del haute puissance est simple, concevoir une alimentation avec régulation de courant est une tâche bien plus ardue. Le LTC3454 de Linear Technology est représentatif de cette nouvelle génération chargée d'optimiser le rendement, la précision et le contrôle du courant dans les Del de puissance d'un appareil photo.

Concrètement, le LTC3454 est un convertisseur DC/DC abaisseur-élévateur synchrone délivrant, à partir d'un seul élément Li-ion, un courant maximal de 1 A à une seule Del haute puissance. En fonction de la tension d'entrée et de la tension directe de la Del, le circuit évolue automatiquement entre ses différents modes : abaisseur synchrone, élévateur synchrone, abaisseur-élévateur. Le rendement P Del / P entrée atteint 90 %, sur toute la plage de tension de la batterie Li-ion (2,7 à 4,2 V).

Pour afficher tous types d'informations et de données nécessaires à l'utilisateur, quasiment tous les appareils portables alimentés par batterie sont dotés d'un écran LCD à matrice active. La difficulté pour les fabricants est de garantir un affichage lisible, quel que soit l'environnement ambiant. Pour ce faire, le rétroéclairage de l'écran couleurs LCD, normalement assuré par des Del blanches, doit être parfaitement dosé. Ce qui a suscité la demande en circuits alliant compacité, un excellent rendement et un faible niveau de bruit.

Dans le domaine particulier des drivers de Del blanches, Linear Technology propose différentes solutions. La première consiste en un convertisseur DC/DC à faible bruit sans inductance, plus communément appelé pompe de charges. La seconde est un convertisseur DC/DC classique, c'est-à-dire faisant appel aux services d'une inductance. Les pompes de charges représentent le choix idéal dans le cas d'une application, à courant faible ou modéré, pour laquelle les contraintes d'encombrement sont fortes. Les circuits sont encapsulés dans des boîtiers de petite taille, tandis qu'ils requièrent peu de composants passifs externes. En général, trois condensateurs en céramique sont suffisants.

La plupart des convertisseurs DC/DC élévateurs sont spécifiquement conçus afin d'assurer un fort rendement et fournir un courant constant aux Del blanches de rétroéclairage. Les récents LTC3208 et LT3486 font partie de cette catégorie.

Le LTC3208 est un contrôleur de Del de forte intensité, sans inductance, configurable par logiciel. Dans le cadre d'un multi-affichage, il commande jusqu'à 17 diodes. Le circuit intègre une pompe de charges à faible bruit et à fort rendement, pour l'alimentation des divers sous-systèmes d'affichage à Del (écran principal, écran auxiliaire, appareil photo, RVB...). Le tout dans un boîtier QFN de 5 mm de côté. Avec un rendement atteignant 95 % et une interface série I ² C, la durée de vie de la batterie est accrue, tandis que l'utilisateur tire profit d'une interface 2 fils simple pour une connexion à son microcontrôleur.

Le LT3486 est pour sa part un double convertisseur élévateur à large plage de gradation. A partir d'une unique cellule Li-ion, il pilote à courant constant un maximum de 16 Del (8 en série par convertisseur). Présenté dans un boîtier DFN de 5 x 3 mm, le LT3486 constitue une solution à faible encombrement. Il affiche par ailleurs un rendement de 85 %.

Les Del faute luminosité, dite HB (High brightness) et super HB, trouvent quant à elles leur juste emploi dans le rétroéclairage des écrans LCD - TFT des téléviseurs « dernier cri » , les systèmes de navigation automobile ou encore les projecteurs. Parmi leurs usages les plus fréquents, nous citerons le rétroéclairage du tableau de bord, l'éclairage intérieur et les feux de stop de nombreux camions et voitures. Dans le but d'améliorer l'esthétique de leurs futurs modèles, les constructeurs d'automobiles haut de gamme optent de plus en plus pour un éclairage, intérieur ou extérieur, à base de semiconducteurs. Ils tirent ainsi le plus grand bénéfice de composants légers, petits et robustes, dont le coût à long terme et la durée de vie sont avantageux vis-à-vis des lampes à incandescence.

Piloter des Del de puissance exige un convertisseur DC/DC et une régulation précise du courant, afin d'assurer une intensité lumineuse uniforme, préserver l'intégrité des couleurs et protéger les diodes. Une difficulté supplémentaire consiste à alimenter un ou plusieurs réseaux de Del à partir d'une tension de batterie pouvant être inférieure, égale ou supérieure à la tension de sortie. De plus, les caractéristiques chromatiques des Del doivent être les mêmes, à forte comme à faible luminosité. Enfin, le rendement du pilote est un élément fondamental, et plus particulièrement avec des Del HB, car toute énergie non émise sous forme lumineuse est dissipée sous forme de chaleur.

Linear Technology a récemment développé deux pilotes de Del qui répondent aux nombreuses contraintes imposées par l'éclairage automobile, intérieur ou extérieur. Ils cumulent un excellent rendement, une protection de la charge, une régulation précise du courant, une large plage de tensions d'entrée et de sortie. Ces circuits intégrés sont aisément configurables pour les conformer aux différentes topologies de convertisseurs DC/DC en vigueur. Pour le concepteur, la qualification d'un seul circuit satisfaisant aux exigences de différentes applications est ici avantageuse.

Ainsi, le LTC3783 est un pilote de Del en mode courant et un contrôleur polyvalent configurable en un convertisseur élévateur, abaisseur, abaisseur-élévateur, Sepic ou flyback, ou comme un régulateur de tension constante/courant constant. Il délivre un fort courant à des réseaux et agencements de Del. La variation du flux lumineux émis par les diodes de puissance est ajustée par l'intermédiaire d'un signal PWM.

Grâce à la mise en oeuvre de techniques propriétaires, les commutations de charge sont extrêmement rapides, sans qu'elles engendrent de problèmes de sous-tension ou de surtension transitoires. Des rapports de gradation de 3000:1 (à 100 Hz) sont obtenus de façon numérique. Avec une commande analogique, un rapport additionnel de 100:1 est procuré. Il s'agit là d'un critère important du fait de la très grande sensibilité de l'oeil humain aux légères variations de la lumière ambiante. Quant à la technologie True Color PWM, elle garantit l'intégrité des couleurs des Del blanches et RVB.

Une application typique du LTC3873 est présentée sur la figure. Afin d'améliorer le rendement, la résistance à l'état passant d'un Mosfet se substitue à la classique résistance de détection du courant.

Quant au LT3475, il consiste en un double convertisseur DC/DC abaisseur fonctionnant en driver de Del à courant constant, capable de générer jusqu'à 1,5 A par canal. La résistance de détection interne et le contrôle de gradation en font un choix tout indiqué pour commander des Del de forte intensité. La précision du courant de sortie est maintenue sur une plage de 50 mA à 1,5 A, tandis que la circuiterie True Color PWM autorise un rapport de gradation de 3000:1.

Acceptant typiquement une tension d'entrée comprise entre 4 et 36 V (40 V max.), ce convertisseur est adapté à un grand nombre de sources d'alimentation. Celles-ci seront formées de quatre piles alcalines, de quatre cellules NiCd/NiMH/Li-ion, ou proviendront d'un rail de tension logique 5 V, d'un transformateur mural non régulé, d'un système d'alimentation automobile.

La fréquence de commutation du LT 3475 s'échelonne entre 200 kHz et 2 MHz, autorisant l'usage de minuscules inductances et de condensateurs céramique. En outre, les bandes de fréquence critiques comme celles réservées à la radio en modulation d'amplitude pourront être évitées.

Le LT3475 met en oeuvre un principe de détection de courant côté chaud. La connexion de la cathode de la Del est alors reliée à la masse, éliminant ainsi le fil de masse dans la plupart des applications. Le contrôle en mode courant, allié à une tension de référence de grande précision, améliore la dynamique de boucle et se traduit par un courant dans la Del parfaitement régulé. Pour un fonctionnement en toute indépendance, les deux voies du circuit disposent de signaux V ADJ et PWM distincts. Le courant de chaque canal est déphasé de 180 degrés par rapport à l'autre, ce qui réduit l'ondulation en sortie des deux voies. Enfin, le circuit dispose de protections contre les Del en circuit ouvert ou en court-circuit.

Dans son boîtier TSSOP-16 à dissipation thermique amélioré, le LT3475 se présente comme une solution compacte pour piloter de deux à quatre Del de forte intensité.