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Historique LAPLACE, laboratoire de recherche sur les plasmas
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Historique

Enjeux :

Dans un contexte d’électrification des transports permettant d’apporter une réponse au besoin de réduction des émissions carbonées, et d’émergence des véhicules autonomes, la notion de sûreté de fonctionnement pour les électroniques de puissance embarquées à bord du véhicule électrique devient prépondérante.

L’alimentation en énergie des actionneurs électriques, mais également des calculateurs embarqués apportant actuellement une assistance à la conduite et amenés à terme à se substituer au conducteur lui-même (ADAS: Advanced Driver Assistance Systems), devient une fonction critique qui doit être assurée de manière inconditionnelle.

Aujourd’hui, les dispositifs électriques du véhicule doivent répondre à des normes (ISO 26262) et des niveaux d’exigence élevés (ASIL Automotive Safety Integrity Level) en termes de tolérance aux pannes et d’aptitude à maintenir une continuité de mission inconditionnelle.

LE SEMA :

Pour relever ce défi, le LAPLACE, laboratoire de recherche sur les plasmas et la conversion d’énergie et la société NXP, leader mondial de solutions de connexions sécurisées pour les applications embarquées, créent le laboratoire commun SEMA (Systèmes Embarqués pour la Mobilité Autonome) le 3 février 2020. Le SEMA est une structure de type LCOM INSIS CNRS.

Par le passé, les deux partenaires ont mené des projets en collaboration ayant donné lieu notamment à un programme de transfert de technologie[1] d’un principe de commande décentralisée de convertisseur de puissance multiphasé assurant la sûreté fonctionnement des alimentations des microprocesseurs du véhicule. Ce procédé, exploité par l’industriel, permet d’éviter de recourir à la duplication systématique des cartes électroniques, pénalisante en termes de coût, de poids et d’encombrement.

Convertisseur LAPLACE Multiphase 5-cellulles à HEMT GaN

Convertisseur LAPLACE Multiphase 5-cellulles à HEMT GaN à controle décentralisé/distribué dédié à l’alimentation du µprocesseur NXP T4 QorIQ

Puce de contrôle décentralisé pour convertisseur

Puce de contrôle décentralisé pour convertisseur multicellulaire parallèle ou série (Techno. CMOS 0.35 µm, 12mm²).

Premières solutions pour la sûreté de fonctionnement :

Contrôle décentralisé pour l’alimentation du microcontrôleur :
par l’usage d’un système de contrôle masterless décentralisé, le convertisseur multiphase dédié à fournir au microprocesseur une tension régulée de 1,03V à 3% pour un courant nominal proche de 100A est capable de « perdre un bras d’alimentation» en fonctionnement sans pour autant altérer la tension délivrée permettant au calculateur de poursuivre son travail.
Processeur NXP T4 QorIQ 12

Processeur NXP T4 QorIQ 12 cœurs 1.03V/80A alimenté par un convertisseur
multiphase LAPLACE à cellule de commutation
GaN (EPC2015 12V/1V 5x15A 300kHz)

Contrôle décentralisé de convertisseur multiphase
(aucun organe centralisé nécessaire)

Reconfiguration dynamique,
transitoire de 4 à 3 phases actives : ΔVout=52mV@Iout=40A