Modélisation de transformateurs planaires intégrés

Modeling of planar integrated transformers

• Auteur / Autrice : Khamis Khamis Youssouf
• Direction : Jean-Jacques Rousseau, Stéphane Capraro
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Optique, Photonique, Hyperfréquences
• Date : Soutenance le 26/03/2014
• Etablissement(s) : Saint-Etienne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Ingénierie Santé (Saint-Etienne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Télécom Claude Chappe (Saint-Etienne)
• Jury : Président / Présidente : Christian Schaeffer
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Jacques Rousseau, Stéphane Capraro, Bruno Allard, Jean-Pierre Chatelon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Films magnétiques

Matériaux magnétiques

Transformateurs électroniques

Mots clés libres

Modélisation

Composants passifs

Coefficient de couplage

Matériau magnétique

Microtransformateurs

Simulation HFSS

Modeling

Passive components

Coupling coefficient

Magnetic material

Microtransformers

HFSS simulation

Résumé

L’utilisation des composants passifs a connu une importante croissance ces dernières décennies notamment dans le domaine de la téléphonie mobile, de l’électronique embarquée. Les travaux présentés dans cette thèse s’inscrivent dans un cadre de projet entre les laboratoires LT2C de l’UJM et Ampère de l’INSA de LYON. L’objectif visé par cette thèse est la modélisation des micro-transformateurs de signaux utilisés pour isoler les parties puissance (Driver IC) et commande (JFET ou MOSFET). Les points abordés dans cette thèse sont le choix des structures de transformateurs qui répondent aux exigences du projet, le développement d’un modèle de transformateur qui prend en compte notamment les pertes et l’évolution de la perméabilité du matériau magnétique et les différents couplages capacitifs. Des simulations à l’aide de HFSS ont été réalisées afin de réaliser le design des structures retenues et valider le modèle développé. Des étapes de fabrications compatibles avec celle de la microélectronique ont été utilisées pour fabriquer des prototypes à une couche et à deux couches de matériau magnétique avec différentes configurations. Une caractérisation haute fréquence (2MHz-200MHz) à l’aide de l’analyseur vectoriel de réseaux a été réalisée et enfin une étude comparative entre les résultats de simulation et les résultats de mesure fait l’objet d’une présentation

The use of passive components has known a significant increasing in the recent decades particularly in the area of mobile telephony, portable or embarked systems. The work presented in this thesis is a part of a project between the two laboratories: LT2C of UJM and AMPERE of INSA of Lyon. The purpose of this thesis is to find a model for signal micro-transformers used to isolate the power part (Driver IC) from the control part of the project (JFET or MOSFET). The essential parts of this thesis concern the choice of transformer structures that deal with the requirements of the project, the development of a transformer model that takes into account the losses and the permeability evolution of the magnetic material versus frequency and the different capacitive couplings. Numerous simulations using HFSS were performed in order to design the chosen structures and to validate the developed transformer model. Different steps compatible with the microelectronics manufacturing have been used to manufacture prototypes with a single magnetic layer and two magnetic layers for the different configurations. High frequency characterization (2MHz-200MHz) using the vector network analyzer was performed and finally a comparative study between the results of simulation and measurements has been the subject of a presentation