Brevet FR3122792A1 — publié le 20221111

Convertisseur abaisseur DC-DC à découpage La présente description concerne un convertisseur abaisseur DC-DC à découpage comprenant : un interrupteur (IT1) connecté entre un noeud (104) recevant un potentiel d'alimentation (Vsupply) et un noeud interne (106) ; un autre interrupteur (IT2) connecté entre le noeud interne (106) et un noeud (102) recevant un potentiel de référence (GND) ; un élément inductif (L) couplant le noeud interne (106) à un noeud de sortie (108) ; et un circuit de commande (CTRL) commandant les interrupteurs (IT1, IT2) de sorte que des impulsions de courant (IL) dans l'élément inductif (L) aient une valeur maximale sélectionnée parmi au moins une première valeur et une deuxième valeur sur la base d'un courant moyen tiré sur le noeud de sortie (108). Figure pour l'abrégé : Fig. 1 Convertisseur abaisseur DC-DC à découpage La présente description concerne de façon générale les circuits électroniques, et, plus particulièrement les convertisseurs abaisseurs DC-DC à découpage ("Switched Mode Power Supply Buck Converter – SMPS Buck Converter" en anglais). Parmi les convertisseurs abaisseurs DC-DC à découpage, ou convertisseurs SMPS abaisseurs, connus, on distingue des convertisseurs fonctionnant en modulation de fréquence d'impulsions ("Pulse Frequency Modulation" en anglais), aussi appelés convertisseurs PFM. Dans un convertisseur PFM connu, lorsque la tension de sortie du convertisseur diminue et s'éloigne d'une valeur de consigne, de l'énergie est fournie à un élément inductif lors d'une phase d'accumulation d'énergie, et est ensuite restituée, par l'élément inductif, à la sortie du convertisseur lors d'une phase de restitution d'énergie. Chaque succession d'une phase d'accumulation d'énergie et d'une phase de restitution d'énergie correspond à une impulsion de courant dans l'élément inductif. Dans un tel convertisseur PFM connu, les impulsions de courant dans l'élément inductif ont toutes une même valeur maximale. La régulation de la tension de sortie du convertisseur s'effectue alors en modifiant la fréquence des impulsions de courant. En outre, la valeur maximale des impulsions de courant détermine le courant moyen maximum que le convertisseur peut délivrer, c’est-à-dire le courant moyen maximum qu'une charge peut tirer sur la sortie du convertisseur. Ce courant moyen maximum que le convertisseur est en mesure de délivrer est la borne haute de la plage de valeurs de courant sur laquelle le convertisseur fonctionne, la borne basse correspondant à un courant moyen nul ou presque. Il existe un besoin de pallier tout ou partie des inconvénients des convertisseurs PFM connus. Par exemple, il existe un besoin d'augmenter la plage de valeurs de courant moyen que les convertisseurs PFM connus peuvent délivrer, sans augmenter le temps de démarrage de ces convertisseurs et sans augmenter l'amplitude des oscillations ("ripples" en anglais) de la tension de sortie fournie par ces convertisseurs. Un mode de réalisation pallie tout ou partie des inconvénients tout ou partie des inconvénients des convertisseurs PFM connus. Par exemple, un mode de réalisation permet d'augmenter la valeur maximale du courant moyen que peut délivrer un convertisseur PFM, sans augmenter son temps de démarrage et sans augmenter l'amplitude des oscillations de la tension de sortie fournie par le convertisseur. Un mode de réalisation prévoit un convertisseur abaisseur DC-DC à découpage comprenant : un premier interrupteur connecté entre un noeud configuré pour recevoir un potentiel d'alimentation et un noeud interne ; un deuxième interrupteur connecté entre le noeud interne et un noeud configuré pour recevoir un potentiel de référence ; un élément inductif couplant le noeud interne à un noeud de sortie du convertisseur ; et un circuit de commande configuré pour commander les premier et deuxième interrupteurs de sorte que des impulsions de courant dans l'élément inductif aient une valeur maximale sélectionnée parmi au moins une première valeur et une deuxième valeur sur la base d'un courant moyen tiré sur le noeud de sortie. Un mode de réalisation prévoit un procédé de commande comprenant : sélectionner, par un circuit de commande et parmi au moins une première valeur et une deuxième valeur, une valeur maximale d'impulsions de courant dans un élément inductif couplant un noeud interne d'un convertisseur abaisseur DC-DC à découpage à un noeud de sortie du convertisseur, la sélection s'effectuant sur la base d'un courant moyen tiré sur le noeud de sortie ; et commander, par le circuit de commande, un premier interrupteur connecté entre un noeud recevant un potentiel d'alimentation et le noeud interne, et un deuxième interrupteur connecté entre le noeud interne et un noeud recevant un potentiel de référence, de sorte que la valeur maximale des impulsions de courant soit égale à la valeur sélectionnée. Selon un mode de réalisation, le circuit de commande est configuré pour sélectionner la valeur maximale parmi au moins la première valeur et la deuxième valeur de sorte que ladite valeur maximale augmente lorsque le courant moyen augmente, et diminue lorsque le courant moyen diminue. Selon un mode de réalisation : la première valeur est inférieure à la deuxième valeur ; le circuit de commande sélectionne la deuxième valeur lorsque le courant moyen est supérieur à un premier seuil ; et le circuit de commande sélectionne la première valeur lorsque le courant moyen est inférieur à un deuxième seuil inférieur ou égal au premier seuil. Selon un mode de réalisation, le deuxième seuil est inférieur au premier seuil. Selon un mode de réalisation, lorsque la première valeur est sélectionnée : - à la fin de chaque impulsion de courant le circuit de commande déclenche une première temporisation représentative du premier seuil ; et - le circuit de commande sélectionne la deuxième valeur si un début de l'impulsion de courant suivante se produit pendant ladite première temporisation, et, lorsque la deuxième valeur est sélectionnée : - à la fin de chaque impulsion de courant le circuit de commande déclenche une deuxième temporisation représentative du deuxième seuil ; et - le circuit de commande sélectionne la première valeur si un début de l'impulsion de courant suivante se produit après ladite deuxième temporisation. Selon un mode de réalisation, une durée de chaque première temporisation est inférieure à une durée de chaque deuxième temporisation. Selon un mode de réalisation, la valeur maximale est sélectionnée parmi au moins la première valeur, la deuxième valeur et une troisième valeur supérieure à la deuxième valeur. Selon un mode de réalisation : le circuit de commande sélectionne la troisième valeur lorsque le courant moyen est supérieur à un troisième seuil supérieur au premier seuil ; et le circuit de commande sélectionne la deuxième valeur lorsque le courant moyen est inférieur à un quatrième seuil supérieur au premier seuil et inférieur ou égal au troisième seuil, de préférence inférieur au troisième seuil. Selon un mode de réalisation : lorsque la deuxième valeur est sélectionnée : - à la fin de chaque impulsion de courant le circuit de commande déclenche en outre une troisième temporisation représentative du troisième seuil ; et - le circuit de commande sélectionne la troisième valeur si un début de l'impulsion de courant suivante se produit pendant ladite troisième temporisation, et, lorsque la troisième valeur est sélectionnée : - à la fin de chaque impulsion de courant le circuit de commande déclenche une quatrième temporisation représentative du quatrième seuil ; et - le circuit de commande sélectionne la deuxième valeur si un début de l'impulsion de courant suivante se produit après ladite quatrième temporisation. Selon un mode de réalisation, la fin de chaque impulsion de courant correspond à une ouverture du deuxième interrupteur alors que le premier interrupteur est ouvert, et le début de chaque impulsion de courant correspond à une fermeture du premier interrupteur alors que le deuxième interrupteur est ouvert. Selon un mode de réalisation, le courant moyen est déterminé à partir des signaux de commande des premier et deuxième interrupteurs. Selon un mode de réalisation, le courant moyen est déterminé par un délai entre chaque deux impulsions de courant successives. Selon un mode de réalisation, les premier et deuxième interrupteurs sont commandés en modulation de fréquence d'impulsion, PFM. Selon un mode de réalisation, à chaque impulsion de courant, une durée de mise à l'état passant du premier interrupteur est déterminée par une comparaison d'une première rampe de tension avec un premier potentiel déterminé par une valeur de consigne d'un potentiel de sortie du convertisseur, et une durée de mise à l'état passant du deuxième interrupteur est déterminée par une comparaison d'une deuxième rampe de tension avec un deuxième potentiel déterminé par la valeur de consigne, les pentes des première et deuxième rampes de tension étant différentes selon la valeur sélectionnée comme valeur maximale. Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la représente, de manière très schématique, un mode de réalisation d'un convertisseur PFM ; la représente des chronogrammes illustrant un mode de réalisation d'un procédé de commande mis en œuvre dans le convertisseur de la ; la représente, sous la forme d'un organigramme, le procédé illustré par la ; la illustre, sous la forme d'une courbe, un exemple de mise en œuvre du procédé des figures 2 et 3 ; la représente, sous la forme d'un organigramme, un mode de mise en œuvre d'une étape du procédé des figures 2 à 4 ; la représente, sous la forme d'un organigramme, un mode de mise en œuvre d'une autre étape du procédé des figures 2 à 4 ; la illustre, par des chronogrammes, la mise en œuvre du procédé de la avec les étapes décrites en relation avec les figures 5 et 6 ; la représente un exemple de mode de réalisation d'un circuit pour mettre en œuvre les étapes des figures 5 et 6 ; la représente un exemple plus détaillé de mode de réalisation du convertisseur de la ; la représente un exemple de mode de réalisation d'un générateur de rampe du convertisseur de la ; et la représente, sous la forme d'un organigramme, une variante de réalisation du procédé des figures 2 à 4. Convertisseur abaisseur DC-DC à découpage comprenant : un premier interrupteur (IT1) connecté entre un noeud (104) configuré pour recevoir un potentiel d'alimentation (Vsupply) et un noeud interne (106) ; un deuxième interrupteur (IT2) connecté entre le noeud interne (106) et un noeud (102) configuré pour recevoir un potentiel de référence (GND) ; un élément inductif (L) couplant le noeud interne (106) à un noeud de sortie (108) du convertisseur (1) ; et un circuit de commande (CTRL) configuré pour commander les premier et deuxième interrupteurs (IT1, IT2) de sorte que des impulsions de courant (IL) dans l'élément inductif (L) aient une valeur maximale (valmax) sélectionnée parmi au moins une première valeur (val1) et une deuxième valeur (val2) sur la base d'un courant moyen (Im) tiré sur le noeud de sortie (108). Procédé de commande comprenant : sélectionner, par un circuit de commande (CTRL) et parmi au moins une première valeur (val1) et une deuxième valeur (val2), une valeur maximale (valmax) d'impulsions de courant (IL) dans un élément inductif (L) couplant un noeud interne (106) d'un convertisseur abaisseur DC-DC à découpage (1) à un noeud de sortie (108) du convertisseur, la sélection s'effectuant sur la base d'un courant moyen (Im) tiré sur le noeud de sortie (108) ; et commander, par le circuit de commande (CTRL), un premier interrupteur (IT1) connecté entre un noeud (104) recevant un potentiel d'alimentation (Vsupply) et le noeud interne (106), et un deuxième interrupteur (IT2) connecté entre le noeud interne (106) et un noeud (102) recevant un potentiel de référence (GND), de sorte que la valeur maximale (valmax) des impulsions de courant (IL) soit égale à la valeur (val1, val2) sélectionnée. Convertisseur selon la revendication 1, dans lequel le circuit de commande (CTRL) est configuré pour sélectionner la valeur maximale (valmax) parmi au moins la première valeur (val1) et la deuxième valeur (val2) de sorte que ladite valeur maximale (valmax) augmente lorsque le courant moyen (Im) augmente, et diminue lorsque le courant moyen (Im) diminue. Convertisseur selon la revendication 1 ou 3, dans lequel : la première valeur (val1) est inférieure à la deuxième valeur (val2) ; le circuit de commande (CTRL) sélectionne (304) la deuxième valeur (val2) lorsque le courant moyen (Im) est supérieur à un premier seuil (th1) ; et le circuit de commande (CTRL) sélectionne la première valeur (val1) lorsque le courant moyen (Im) est inférieur à un deuxième seuil (th2) inférieur ou égal au premier seuil (th1). Convertisseur selon la revendication 4, dans lequel le deuxième seuil (th2) est inférieur au premier seuil (th1). Convertisseur selon la revendication 4 ou 5, dans lequel, lorsque la première valeur (val1) est sélectionnée : - à la fin de chaque impulsion de courant (IL) le circuit de commande (CTRL) déclenche (502) une première temporisation (temp1) représentative du premier seuil (th1) ; et - le circuit de commande (CTRL) sélectionne (304) la deuxième valeur (val2) si un début de l'impulsion de courant (IL) suivante se produit pendant ladite première temporisation (temp1), et dans lequel, lorsque la deuxième valeur (val2) est sélectionnée : - à la fin de chaque impulsion de courant (IL) le circuit de commande (CTRL) déclenche (602) une deuxième temporisation (temp2) représentative du deuxième seuil (th2) ; et - le circuit de commande (CTRL) sélectionne (300) la première valeur (val1) si un début de l'impulsion de courant (IL) suivante se produit après ladite deuxième temporisation (temp2). Convertisseur selon la revendication 6, dans lequel une durée de chaque première temporisation (temp1) est inférieure à une durée de chaque deuxième temporisation (temp2). Convertisseur selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, dans lequel la valeur maximale (valmax) est sélectionnée parmi au moins la première valeur (val1), la deuxième valeur (val2) et une troisième valeur supérieure à la deuxième valeur (val2). Convertisseur selon la revendication 8, dans lequel : le circuit de commande (CTRL) sélectionne (1102) la troisième valeur lorsque le courant moyen (Im) est supérieur à un troisième seuil supérieur au premier seuil (th1) ; et le circuit de commande sélectionne (306) la deuxième valeur (val2) lorsque le courant moyen (Im) est inférieur à un quatrième seuil supérieur au premier seuil (th1) et inférieur ou égal au troisième seuil, de préférence inférieur au troisième seuil. Convertisseur selon la revendication 9 prise dans sa dépendance à la revendication 6, dans lequel : lorsque la deuxième valeur (val2) est sélectionnée : - à la fin de chaque impulsion de courant (IL) le circuit de commande (CTRL) déclenche en outre une troisième temporisation représentative du troisième seuil ; et - le circuit de commande (CTRL) sélectionne (1102) la troisième valeur si un début de l'impulsion de courant (IL) suivante se produit pendant ladite troisième temporisation, et dans lequel, lorsque la troisième valeur est sélectionnée : - à la fin de chaque impulsion de courant (IL) le circuit de commande (CTRL) déclenche une quatrième temporisation représentative du quatrième seuil ; et - le circuit de commande (CTRL) sélectionne (306) la deuxième valeur (val2) si un début de l'impulsion de courant (IL) suivante se produit après ladite quatrième temporisation. Convertisseur selon l'une quelconque des revendications 6 à 10, dans lequel la fin de chaque impulsion de courant (IL) correspond à une ouverture du deuxième interrupteur (IT2) alors que le premier interrupteur (IT1) est ouvert, et le début de chaque impulsion de courant (IL) correspond à une fermeture du premier interrupteur (IT1) alors que le deuxième interrupteur (IT2) est ouvert. Convertisseur selon l'une quelconque des revendications 1 et 3 à 11, dans lequel le courant moyen (Im) est déterminé à partir des signaux de commande (cmd1, cmd2) des premier et deuxième interrupteurs (IT1, IT2). Convertisseur selon l'une quelconque des revendications 1 et 3 à 12, dans lequel le courant moyen (Im) est déterminé par un délai entre chaque deux impulsions de courant (IL) successives. Convertisseur selon l'une quelconque des revendications 1 et 3 à 13, dans lequel les premier et deuxième interrupteurs (IT1, IT2) sont commandés en modulation de fréquence d'impulsion, PFM. Convertisseur selon l'une quelconque des revendications 1 et 3 à 14, dans lequel, à chaque impulsion de courant (IL), une durée de mise à l'état passant du premier interrupteur (IT1) est déterminée par une comparaison d'une première rampe de tension (Ramp1) avec un premier potentiel (Vref) déterminé par une valeur de consigne d'un potentiel (Vout) de sortie du convertisseur (1), et une durée de mise à l'état passant du deuxième interrupteur (IT2) est déterminée par une comparaison d'une deuxième rampe de tension (Ramp2) avec un deuxième potentiel (Vref) déterminé par la valeur de consigne, les pentes des première et deuxième rampes de tension étant différentes selon la valeur (val1, val2) sélectionnée comme valeur maximale (valmax).