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Contribution au contrôle Distribué tolérant à la panne des convertisseurs multiphases dédiés à l’alimentation de microprocesseurs pour application automobile

par Laurence Laffont - publié le , mis à jour le

La soutenance de thèse de Miguel MANNES-HILLESHEIM, intitulée "Contribution au contrôle Distribué tolérant à la panne des convertisseurs multiphases dédiés à l’alimentation de microprocesseurs pour application automobile", se tiendra le lundi 13 Décembre 2021 à 10h, salle de thèse de l’ENSEEITH, bâtiment C.

Les travaux de thèse ont été réalisés au sein du groupe CS-LAPLACE en partenariat avec l’entreprise NXP Semiconductors - Toulouse (thèse CIFRE).

Jury :

M. Eric LABOURÉ, GeePs - CentraleSupelec, rapporteur,
M. Yves LEMBEYE, G2Elab - Université Grenoble Alpes, rapporteur,
Mme XUEFANG Lin-Shi, Ampere - INSA Lyon, examinateur externe,
M. Cyrille GAUTIER, , SATI – Centrale Supelec, examinateur externe,
M. Nicolas ROUGER, LAPLACE, examinateur interne,
M. Eric ROLLAND, NXP Semiconductors, invité,
M. Marc COUSINEAU, directeur de thèse, examinateur interne,
M. Guillaume GATEAU, co-directeur de thèse, examinateur interne.

Résumé  :

Les systèmes d’aide à la conduite automobile sont en mesure de prendre le contrôle du véhicule en cas de danger. La redondance et la capacité de reconfiguration en cas de panne des ordinateurs embarqués sont fondamentales pour assurer la continuité de la mission. L’alimentation des cœurs des processeurs se fait généralement à l’aide de convertisseurs multiphases qui offrent naturellement plusieurs chemins de courant (redondants) vers le processeur en raison de leur topologie parallèle. Cependant, l’organe de contrôle du convertisseur représente une faiblesse en termes de disponibilité car implanté majoritairement de manière centralisé. NXP Semiconductors a initié un partenariat avec le laboratoire LAPLACE afin de financer cette thèse pour l’étude d’un mode de contrôle distribué tolérant à la panne. Cette thèse se focalise sur l’utilisation d’une méthode de contrôle distribué, ne présentant aucun point de panne singulier, pour développer un organe de gestion de l’entrelacement des signaux de commande, modulaire et redondant, ainsi que pour maitriser son fonctionnement, en termes de temps de réponse et de stabilité.
Le Chapitre I présente le contexte et l’état de l’art. Le contexte concerne la stratégie de sûreté de fonctionnement intégré utilisée par NXP ; une étude des exigences et des technologies récentes est présentée pour comprendre les enjeux de la conception des alimentations des processeurs modernes ; la tendance de l’augmentation de la charge de calcul requise et de la consommation électrique résultante est mise en évidence ; et l’adoption de convertisseurs multiphases est justifiée. Un état de l’art couvre alors principalement les techniques de contrôle distribué modulaire appliquées à la régulation de la tension de la charge et à l’équilibrage des courants des phases, puis aux techniques d’entrelacement, nécessaires au fonctionnement des convertisseurs multiphases.
Les Chapitres II et III présentent l’étude théorique et l’évaluation respectivement de deux techniques d’entrelacement par approche distribuée préexistantes La même approche de modélisation est appliquée dans chaque chapitre pour obtenir un modèle à multiples entrées et multiples sorties conforme aux spécificités de chaque approche, dans le but d’identifier enfin les conditions de stabilité à respecter. Les particularités liées à la modélisation et à la mise en œuvre des simulations de validation sont décrites. Par la suite, une technique de choix de correcteur pour l’optimisation de la réponse transitoire est proposée. Les singularités de chaque approche sont discutées et des simulations sont fournies à des fins de vérification.
Le Chapitre IV présente l’élaboration d’une nouvelle approche originale de contrôle distribué pour l’entrelacement des signaux de commande, ainsi que son analyse. Il s’agit d’une approche à signaux mixtes, composée de quelques éléments de logique numérique et d’un noyau analogique. L’étude théorique et l’évaluation de cette nouvelle technique d’entrelacement sont présentées, ainsi que des résultats de simulation. Une preuve de concept a été élaborée en utilisant des composants CMS associées sur une carte de circuit imprimé. La réponse dynamique est vérifiée expérimentalement pour les perturbations modales, cas de démarrage et de reconfiguration. Le comportement lors d’un événement de panne de communication est également observé, comprenant le cas d’un court-circuit de ligne à la masse et de court-circuit de ligne à ligne.

Mots Clés : Défaillance opérationnelle, tolérant à la panne, redondance, contrôle distribué, reconfiguration, continuité de mission, entrelacement, modulaire, extensible, chaine circulaire.

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