Architectures de convertisseurs DC/DC basse tension et fort courant avec commande numérique

par Adan Simon-Muela

Thèse de doctorat en Génie électrique

Sous la direction de Corinne Alonso, Vincent Boitier et de Jean-louis Chaptal.

Soutenue en 2008

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    La consommation de puissance des microprocesseurs embarqués ne cesse d'augmenter avec la multiplication des fonctions qu'ils doivent assurer. De plus, la réduction des dimensions des technologies en tout point, l'augmentation du nombre de transistors et leur fréquence de commutation sont de nouvelles contraintes à prendre en compte comme besoins spécifiques de consommation. Ainsi, les générations actuelles de microprocesseurs ont une forte consommation en courant sous une très faible tension (autour du volt) avec des transitoires contraignants proches de 500A/µs. Pour répondre aux sévères exigences énergétiques d'alimentation, les concepteurs de systèmes doivent placer le ou les convertisseurs DC-DC au plus près de la charge (convertisseurs nommés Point-of-Load) pour réduire les pertes de transmission et optimiser le transfert de l'énergie. Ces PoL placés au plus près de chaque circuit intégré à alimenter, sont à l'origine des architectures distribuées d'alimentation avec un ou plusieurs bus de tension intermédiaires les alimentant. Cette thèse est consacrée à la conception de PoL dédiés allant jusqu'à leur asociabilité pour augmenter les niveaux de courant délivrés à chaque charge. Le cahier des charges qui sert de référence de validation est celui des alimentations rapprochées des cartes mères des PC où régulateurs de tension (VRMs) qui englobent fort courant et faible tension de sortie ainsi que haute fréquence de découpage. A cet effet, les architectures entrelacées ou multi-phase sont une bonne alternative pour atteindre ces niveaux énergétiques si rigoureux. Traditionnellement, ces types de systèmes d'alimentation sont contrôlés avec une commande analogique. Cependant, les nouvelles générations de microprocesseurs exigent des performances plus élevées en même temps qu'une régulation plus précise. Alors, la commande classique analogique est de plus en plus remplacée par une commande numérique plus flexible et plus performante. Cette thèse s'intègre dans le cadre du projet régional LISPA où le LAAS et Freescale Semiconductor collaborent pour développer de nouveaux systèmes d'alimentations pour microprocesseurs de puissance.

  • Titre traduit

    Architectures of high‐current, low‐voltage, digitally‐controlled dc/dc power converters


  • Résumé

    The power consumption of embedded microprocessors has significantly increased due to the considerable number of new functions which they should manage currently. Furthermore, the present reduction of the lithographical dimensions and the augment of the number of transistor and their switching frequency are new constraints to consider from the point of view of power supply requirements. Thus, current generation of microprocessors needs considerable supply currents with very low voltages (around 1V). Moreover, the required slew-rates are also important (500A/µs). Then, to achieve these strict power supply levels, the main design trend is to place the power converter as close as possible to the load to minimize the transmission losses and to optimize the power matching. This concept is know as Point-of-Load converters which allows designers to obtain distributed power supply architectures using one or more intermediate common voltage bus supplying several ICs. The aim of this dissertation is to study these DC/DC PoL converters and their association to increase the current supply levels delivered to the charge. Hence, our PoL converters are mainly based on those used as voltage regulators modules (VRMs) owning high-current, low-voltage and high switching frequency. These VRMs serves as power supply systems oriented to embedded microprocessors like those we can find inside PC motherboards. Referring VRMs, interleaved or multiphase architectures are preferred to achieve these strict supply powers. Traditionally, this kind of power supplies owns analog control. However, new microprocessors generation demands faster performances and more accurate and tight regulations. Thus, the present trend is to replace the classical analog control by a digital control system more flexible and performing likewise. Then, this dissertation takes part in the LISPA regional project where the LAAS and Freescale Semiconductor collaborate to develop new power supply systems for embedded power microprocessors.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (183 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 159-162

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2008TOU30188
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