Advanced digital controlled architectures for switch-mode power supplies

• Auteur / Autrice : Shu Wang
• Direction : Jean-Paul Ferrieux, Yves Lembeye
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électronique
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Électronique de puissance

Alimentations à découpage

Résumé

Les régulateurs à découpage sont capables de fournir des courants de sortie de 800 mA pour des tensions de 0,9V, ce qui représente le cas de l'alimentation de l'application mobile. Avec de tels convertisseurs, le rendement maximum peut dépasser 90% pour une tension de sortie de 1,2V. Cependant, la solution traditionnelle concernant la commande de ces régulateurs à découpage est basée sur un amplificateur de l'erreur, ce qui représente un inconvénient majeur lié à la sensibilité de cette partie analogique vis-à-vis du procédé de fabrication. Cela signifie que tout changement de technologie va entraîner une nouvelle conception de la puce de puissance. Ainsi, le contrôle numérique de ces alimentations à découpage va permettre d'accroître la flexibilité de la conception grâce à l'insensibilité au procédé de fabrication. Dans cette thèse, plusieurs méthodes de contrôle numérique sont présentées et simulées en VHDL-AMS. De même, plusieurs techniques permettant d'améliorer les performances du convertisseur à découpage contrôlé numériquement sont présentées et implémentées dans un circuit programmable FPGA ou directement sur silicium. Grâce à cette solution, l'erreur de mesure est de seulement 2% à comparer aux 30% d'une solution analogique. Implantée sur silicium, l'alimentation à découpage contrôlée numériquement a atteint une valeur de rendement maximal de 94. 5%.

SMPS regulators are able to provide an output current more than 800mA, while the supply voltage is 0. 9V, which is ideal for mobile application nowadays. With such kind of converter, the peak efficiency can be high than 90% for an output of 1. 2V. However, as a traditional solution, the analog SMPS structure is based on the error amplifier which is very sensitive to the process. That me ans when we change the process technology for the chip, ail the power management part need to be redesigned. The digital controlled SMPS, regarding as a process senseless solution, is needed to increase the flexibility. Ln this thesis, several control methods are introduced and simulated in VHDL-AMS. Sorne methods to improve the performance of digital controlled SMPS system are introduced and implemented on the FPGA and/or silicon. From the measurement result, our solution has only less than 2% error compare with 30% of analog controlled SMPS solution. Ln the silicon implementation, the digital controlled SMPS system reaches a peak efficiency value of 94. 5%.