Couverture ElectroniqueS n°127

Toujours aussi petits, les modules de gestion d'énergie de la taille d'un boîtier de circuit intégré gèrent de plus en plus de puissance, les 27 W/cm3 sont même atteints, et fournissent de plus en plus de fonctions grâce aux nombreux composants associés. L'avenir de l'électronique semble conditionné par sa capacité à gérer l'énergie, au vu de l'intérêt des fabricants pour ce domaine. Pas seulement pour des raisons de réchauffement climatique et de protection de l'environnement, qui les pousseraient à maintenir des rendements élevés et à économiser l'énergie électrique, mais aussi tout simplement pour faciliter la réduction de l'encombrement, voire du coût des systèmes, les composants passifs annexes pouvant dans certains cas représenter une bonne partie de la facture. Aussi, dans certains cas, par exemple pour réussir à alimenter correctement des circuits numériques particulièrement gourmands en énergie et susceptibles de passer très rapidement d'une consommation en veille ridicule à l'appel de plusieurs ampères sous des tensions faibles (liées à la réduction des dimensions des gravures), s'impose une régulation au plus près du composant à alimenter. De ce fait, les annonces dans ce domaine se multiplient pour proposer, dans un encombrement de plus en plus restreint, la gestion d'une quantité d'énergie en hausse constante. Ainsi le fabricant américain Intersil vient d'échantillonner, sous la référence ISL8201M, un module de conversion d'énergie qu'il considère comme un record dans sa catégorie. Ce module qui associe circuit de commande PWM, circuit d'attaque de transistors Mos, transistors Mos de puissance, inductance de puissance et circuit de compensation est en effet annoncé pour un rendement de conversion de 93 %. Il accepte en entrée une tension de 4,5 V à 20 V et fournit en sortie un courant pouvant atteindre 10 A sous une tension de 0,6 V à 5 V. Le tout dans un boîtier QFN mesurant 15 x 15 x 3,2 mm, ce qui permettrait d'atteindre une densité de puissance exceptionnelle de 12 W/ cm3. Toutefois, pour obtenir cette performance, il faut tirer parti de la capacité du boîtier QFN à transférer une partie des calories dissipées dans le circuit imprimé et prévoir en conséquence une large plaque de cuivre en dessous du composant – ce qui permet de se passer de dissipateur, encombrant et source de coûts annexes. Et si la fiche technique de ce composant n'est pas encore disponible sur le site de la société, elle prévoit déjà d'ici à six mois de proposer un modèle similaire dans un boîtier dont l'épaisseur sera réduite à 2,2 mm. Une densité de puissance exceptionnelleChez son compatriote Linear Technology, précurseur en 2006 de convertisseurs miniatures au format d'un boîtier de circuit intégré, les derniers-nés sont les LTM4606 et LTM4612. Ces membres de la famille DC/DC µModule sont des régulateurs de tension conçus non seulement pour convertir la tension, mais aussi pour assurer le plus faible niveau de bruit possible en atténuant à la fois l'énergie rayonnée et l'énergie conduite des harmoniques. Le LTM4606 fonctionne sur une tension d'entrée de 4,5 V à 28 V et fournit une tension de 0,6 V à 5 V pour un courant de sortie pouvant atteindre jusqu'à 6 A. Le LTM4612 accepte, lui, une tension de 5 V à 36 V et fournit en sortie jusqu'à 5 A sous une tension de 3,3 V à 15 V. Les deux sont encapsulés dans un boîtier LGA mesurant 15 x 15 x 2,8 mm et pesant seulement 5 g. Selon la société, le contrôle de la pente de variation du transistor de puissance par son courant de grille, l'ajout interne d'un filtre en Pi, une conception optimisée et une inductance blindée intégrée font que ces modules peuvent fonctionner sans nécessiter de circuits externes de filtrage ni de blindage. Linear Technology en veut pour preuve le fonctionnement vérifié par Xilinx dans l'alimentation d'un circuit de sérialisation-désérialisation à plusieurs gigabits par seconde. Ces circuits, qui supportent suivant les versions une température de fonctionnement de - 40°C à + 125°C ou - 55°C à + 125°C, sont disponibles aux prix de 16,50 dollars et 19,89 dollars en volume de mille pièces. De son côté, le suédois Ericsson propose dans un encombrement un peu supérieur, 30,85 x 20 x 8,2 mm, un module d'une puissance encore plus exceptionnelle : jusqu'à 132 W, soit une densité de 27 W/ cm3 ! Ce module, référencé BMR451 et frère du précédent BMR450 capable de gérer 20 A, est, lui, spécifié pour un courant de 40 A et un rendement typique de 96,4 % à demi-puissance, avec une tension d'entrée de 5 V et une tension de sortie de 3,3 V. Comme les autres, il s'agit d'un convertisseur de tension non isolé destiné à la conversion de tension de proximité pour les circuits rapides et gourmands en énergie. Il se distingue par un circuit de gestion numérique gérant la boucle de rétroaction de la conversion d'énergie entre la tension d'entrée de 4,5 V à 14 V et la tension de sortie qui peut être fixée entre 0,6 V et 3,6 V. Ce circuit de gestion numérique s'avère également capable de prendre différentes mesures indicatives du fonctionnement du convertisseur, telles que le courant de charge, la température, les variations de tension ou des paramètres internes, et de les transmettre à travers l'interface standardisée PMBus. Les concepteurs et les architectes systèmes peuvent ainsi avoir accès sans introduction de composants annexes au fonctionnement intrinsèque de l'architecture de gestion d'énergie et vérifier son bon fonctionnement et ses marges, ou déboguer un dysfonctionnement pouvant être lié à des limitations en énergie. La gestion numérique permet aussi d'implanter sans composants externes des fonctions de synchronisation ou de séquencement du démarrage et de l'extinction des différents circuits. Ce composant est par ailleurs annoncé pour une durée de vie exprimée en un MTBF de pas moins de 2,6 millions d'heures. Et afin d'assurer une bonne traçabilité de ces composants en cas de diagnostics, ils sont dotés d'un numéro de série unique qui est lié au jeu de circuit. Ce module est actuellement disponible en kit d'évaluation incluant une carte d'évaluation, un CD contenant le logiciel graphique de diagnostic et les câbles nécessaires à sa connexion à l'ordinateur.

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