Contribution à la conception et au dimensionnement de fonctions passives intégrées

Design and dimensioning of integrated passive fonctions

• Auteur / Autrice : Franck Wilmot
• Direction : François Costa
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique, électrotechnique, automatique
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Cachan, Ecole normale supérieure

Mots clés

Mots clés contrôlés

Composants électroniques

Convertisseurs continu-continu

Mots clés libres

Composants passifs intégrés

Modélisation thermique

Résumé

Ces travaux se situent dans le contexte scientifique et technologique des dispositifs de l'Electronique de puissance et plus particulièrement celui des convertisseurs DC/DC. Dans cet environnement, la réduction d'échelle, l'efficacité, la fiabilité sont les principaux moteurs de l'évolution. Celle-ci s'appuie sur ''l'intégration de puissance''. Nous avons étendu cette démarche d'intégration aux composants passifs qui restent l'un des principaux verrous à l'intégration de puissance. Nous avons ainsi défini deux nouvelles structures de composants passifs intégrés. La première utilise une technique de co-fabrication de l'ensemble de la structure et la deuxième utilise une technique d'assemblage innovante. Leur forme est planar afin de bénéficier d'une forte capacité de dissipation thermique. Ensuite nous avons proposé une méthode de dimensionnement innovante, qui prend en compte des contraintes d'élévation en température des composants. Nous avons dimensionné et réalisé le prototype d'une alimentation forward 60W fonctionnant à 500kHz aux performances très intéressantes dont une puissance volumique de 4kW/litre en convection naturelle.

This work is the scientific and technological field of power electronics devices and more particularly in DC/DC converters. In this environment, the reduction of scale, the efficiency, the reliability are the principal challenges. This research field is called ''power integration''. We extended the integration principle to the passive components which are the main bottleneck to power integration. Therefore, we defined two new structures of integrated passive components. In the first one the whole structure is co-fired and in the second one we used an innovating assembly process. In this structure, the planar form is well adapted to thermal dissipation. We proposed an innovating design method, which takes into account thermal constraints. We designed and realized a 60W, 500kHz forward SMPS prototype with very interesting performances such as, for instance, a power density of 4kW/litre with a natural convection.