Etude et réalisation de circuits intégrés d’alimentation et de conditionnement d’énergie pour les réseaux de capteurs sans fil

• Auteur / Autrice : Rahma Aloulou
• Direction : Jean-Daniel Lan Sun Luk
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique Energétique
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2011; Soutenance le 10/04/2015
• Etablissement(s) : La Réunion
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Technologies et Santé (Saint-Denis, La Réunion ; 2010-...)

Résumé

L’objectif de cette thèse est de contribuer au développement de la « partie réception » du projet (au niveau des nœuds de réseau), qui consiste à convertir l’énergie ambiante collectée en énergie continue. Il s’agit de concevoir un système original capable de gérer l'énergie continue recueillie de diverses sources environnementales (sachant qu’en terme de faisabilité et historiquement, le transport d’énergie sans fil a été testé comme source). Le système devrait être capable de gérer plusieurs sources en parallèle dont par exemple des sources AC (vibrations). Ce système est un dispositif intégré en technologie CMOS Si ou SOI.Le défi et l'originalité résident dans les faibles puissances générées (quelques dizaines de micro-Watts) et donc les très faibles puissances pouvant être consommées par le circuit de gestion d'énergie pour viser un très haut rendement. Le but étant comme nous l’avons mentionné d’alimenter des circuits en aval. La maîtrise de la technologie intégrée s’avère donc incontournable pour relever ce défi.En effet, bien que ce concept ait été largement utilisé en macro-échelles comme dans les systèmes solaires ou dans les générateurs hydrauliques, la conception d’un système de récupération d’énergie à micro-échelles pour des dispositifs électroniques miniaturisés présente un vrai challenge. La première contrainte dans ces microsystèmes est l’utilisation de transducteurs d’énergie produisant des tensions DC inférieures à 1V pouvant aussi varier suivant les conditions environnementales (puissance RF, distance,…). A titre d’exemple, les cellules photovoltaïques, les générateurs thermo-électriques ou les dispositifs de transfert d’énergie RF produisent généralement des tensions dans la gamme de 0.2-0.6V. Un convertisseur DC-DC est donc nécessaire pour élever les tensions récupérées à des niveaux permettant le chargement d’une batterie qui servira à l’alimentation d’un dispositif quelconque en aval. Dans ce cadre, il est proposé d’étudier la contribution des circuits de type pompe charge (CP : charge pump) qui peuvent être placés en aval d’un transducteur. Cette étude mènera à la proposition d’une solution permettant d’accumuler le maximum d’énergie et obtenir un rendement de conversion compétitif par rapport à structures de la littérature.D’un point de vu scientifique les points clés se situent : Sur le nombre d’étages de ces pompes charges La topologie des interrupteurs de transfert de charges Le dimensionnement des capacités de transfert de charges L’étude des pertes du pompe charge et le passage nécessaire à la technologie SOILes impédances d’entrée et de sortie de ces structures pour avoir le meilleur rendement de transfert d’énergie.Le dimensionnement de la structure par rapport à une quantité d’énergie continue.