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« Conception de convertisseurs DC/DC à base de MEMS ».

Auteur : S. Ghandour
Directeur de thèse : S. Basrour
Co-directeur de thèse : G. Despesse
Rapporteur(s) de thèse : E. Lefeuvre , L. Petit,
These de Doctorat Université de Grenoble
Spécialité : Micro et Nano Electronique
Soutenance : 17/03/2011
ISBN : 978-2-84813-165-8

Résumé

La tendance actuelle vers la miniaturisation des circuits électroniques a poussé vers le développement des systèmes sur puce SoC contenant plusieurs composants. Ces composants réalisant des fonctions variées, ont besoin des différentes tensions d’alimentation fournies à l’aide de plusieurs convertisseurs DC/DC à partir de la tension d’alimentation du SoC. Actuellement, la plupart des circuits électroniques dans les applications portables contiennent des convertisseurs DC/DC conventionnels utilisant une inductance pour stocker l’énergie électrique. L’inductance étant difficilement intégrable, ces convertisseurs sont connectés à l’extérieur de la puce. Une alternative aux convertisseurs conventionnels est les convertisseurs à capacités commutés, qui ont l’avantage d’être facilement intégrable sur silicium, mais qui présentent des limitations à cause de la dépendance entre le facteur de conversion et le nombre de condensateurs, et les pertes dues à la charge et à la décharge des condensateurs qui font diminuer le rendement. Il est donc intéressant de trouver une nouvelle alternative pour concevoir un convertisseur DC/DC compact et performant afin d’obtenir un circuit électronique complètement intégrable sur silicium. Le sujet de cette thèse répond au besoin d’une nouvelle méthode de conversion DC/DC intégrable sur silicium et à haut rendement. L’idée est d’utiliser une capacité variable mécaniquement à la place d’une inductance pour stocker l’énergie électrique transitoire. Le condensateur variable sera fabriqué par des procédés de fabrication de microsystème MEMS sur silicium ce qui permet d’intégrer la totalité du convertisseur. Dans ce mémoire, nous expliquons le principe et le fonctionnement d’un abaisseur et d’un élévateur de tension utilisant notre nouvelle approche, nous présentons la conception et la fabrication d'un MEMS adapté à la conversion de tension, et nous expliquons notre méthode de contrôle utilisant une commutation à zéro de tension. Le rendement d'un élévateur 10V-20V obtenu par simulation est de l’ordre de 82% lorsque la gestion électrique est réalisée avec des composants discrets. Ce rendement semble promettant d’être amélioré lorsque tout le système sera intégré sur silicium.

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