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Méthode unifiée de simulation et de conception des convertisseurs de puissance

Fortin Blanchette, Handy (2009). Méthode unifiée de simulation et de conception des convertisseurs de puissance. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Le développement des convertisseurs de puissance à haute fréquence est en plein essor grâce à l'émergence des technologies vertes telles que les véhicules hybrides et les énergies renouvelables. Ces nouvelles technologies allient l'efficacité des machines électriques à la puissance brute des moteurs thermiques. Les convertisseurs de puissance qui contrôlent ces machines sont des technologies embarquées qui doivent posséder un rendement élevé ainsi qu'une très grande fiabilité. En plus des applications terrestres, les convertisseurs embarqués se retrouvent maintenant dans l'industrie de l'aéronautique et de l'aérospatiale. En ce sens, leur fiabilité et leur rendement deviennent plus que jamais des caractéristiques recherchées.

Encore aujourd'hui, le développement d'un convertisseur de puissance demeure une science qualitative. Malgré le fait que plusieurs techniques de commande soient disponibles pour augmenter la stabilité des convertisseurs, il n'existe pas beaucoup de règles systématiques pour la conception physique de l'unité. La plupart du temps, la disposition des composants physiques du convertisseur est réalisée artistiquement sur la plaquette de circuit imprimé aux endroits les plus commodes. Ce manque de rigueur au niveau des problèmes d'interférences électromagnétiques n'est pas tellement surprenant, car l'analyse de ce type de problème est complexe et coûteuse. Souvent, l'espoir de résolution de ce type de problème passe par la conception de plusieurs générations de plaquette de circuit imprimé.

En regard à cette problématique, le but de cette thèse est de fournir des outils simples et validés expérimentalement permettant aux concepteurs des circuits imprimés de régler les problèmes de fiabilité à la base lors de la conception de la plaquette. Plusieurs solutions sont exposées concernant 1' orientation du champ magnétique, 1' identification des éléments parasites, la modélisation des semi-conducteurs de puissance et la modélisation électromagnétique des convertisseurs.

Titre traduit

A unified approach to simulate and design power converters

Résumé anglais

High frequency power converters are now master piece in emerging new renewable energy applications such as hybrid vehicules. These new technologies merge the power of electrical machine with the thermal motor power. The power converters used to control those electrical machines are embeded technologies with high efficiency conversion and a high reliability. More than ground vehicule applications, embeded power converters are now present in aeronautic and aerospace domains. In this sense, high reliability and high efficiency are now important characteristics that are not only suitable but needed.

In spite of this progression, power converters development remains today a complex science. Even if advanced complex techniques are now available to increase the converter stability, there are no systemic rules to design the converter physical assembly. Very often, an artistic approach is used to place the components inside the converter in the more convenient places. This lack of rigor about EMI problems is not so surprising because this kind of analysis is costly and risky. In general, to solve this type of problems, one designs a second and a third printed circuit generation which is not necessarily a quick and systematic approach.

To overcome these difficulties, the main goal of this thesis is to provide simple and improved tools for power converter circuit designers. The key point are to solve EMI and reliability problems at the earlier design stage and not during the prototyping phase. Many solutions are
exposed in this text about the magnetic field orientation, leakage inductances identification, power semiconductors modeling and electromagnetic modeling of power converters. The exactness of these methods is proved by using it to develop a matrix converter. The printed circuits are designed to orient properly the magnetic field enabling to introduce low power sensing circuits directly inside the converter. This application is one of the numerous possibilities offered by the techniques presented in this document.

Type de document: Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires: "Thèse présentée à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention du doctorat en génie" Bibliogr. : f. [190]-196.
Mots-clés libres: Brouillage électromagnétique. Champs magnétiques. Convertisseurs électriques. Fiabilité. Inductance. Modèles mathématiques. Semiconducteurs. convertisseurs de puissance, modélisation, interférences électromagnétiques.
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Al-Haddad, Kamal
Programme: Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt: 31 oct. 2012 19:27
Dernière modification: 02 oct. 2014 00:29
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1062

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