Electronique de puissance

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Objectifs 

L'électronique de puissance constitue un moyen et non une fin. Un convertisseur doit s'adapter à un système et non l'inverse. Il doit être fiable, facile à industrialiser au moindre coût, et conforme aux normes en vigueur, notamment en matière de compatibilité électromagnétique.

Dès lors, il nous a semblé opportun de rechercher des principes de conversion, des topologies et des technologies aptes à minimiser le nombre de composants, les contraintes qui leur sont appliquées et les perturbations électromagnétiques.

En outre, le choix d'une fréquence de découpage élevée, rendu possible par diverses techniques de commutation douce, nous paraît propice à la réalisation de convertisseurs compacts et rapides.


A l'aide d'outils de modélisation 3D, des nouvelles méthodes d'optimisation du dimensionnement des convertisseurs sont mises en œuvre. Celles-ci incluent la modélisation des phénomènes électro-thermiques.


Sujets

1. Conception de convertisseurs à commutation douce

  • Alimentations en courant continu fonctionnant au delà de 1MHz pour les télécommunications (exemples: forward 100W, demi-pont 500W, pont 2000W).
  • Alimentations en courant continu de très faible puissance (exemple: alimentation 1W avec correction du facteur de puissance).
  • Alimentations en courant continu sous faible tension, à rendement élevé, dont certaines fiabilisées pour l'aéronautique.
  • Alimentations en courant alternatif sous tension élevée pour tubes fluorescents et pour tubes à rayons X.
  • Onduleur BF à transformateur HF (exemple: 50Hz, 500kHz, 500W).

2. Conception de convertisseurs à absorption sinusoïdale

  • Correcteurs de facteur de puissance monophasés et triphasés pour le réseau public et pour l'aéronautique.
  • Structures assurant les fonctions de correction et d'alimentation continue en un seul étage avec un unique transistor.
  • Structure assurant les fonctions de filtre actif, de chargeur de batterie et d'onduleur de secours en un seul étage

3. Modélisation des convertisseurs

  • Modélisation en régime de variations lentes et de faible amplitude des convertisseurs continu/continu en vue de les intégrer dans une boucle de régulation (de la tension de sortie, du courant débité, du courant consommé,…).
  • Prise en compte de l'environnement des convertisseurs (filtre d'entrée, nature de la charge,…) en vue de proposer des règles de stabilité utiles au dimensionnement des convertisseurs.

4. Commande des convertisseurs (P. Lefranc, E.Godoy-Dpt Automatique & P.Rodriguez–Dpt Automatique)

  • Modélisation en régime dynamique (modèles moyens, modèles énergétiques), commande non-linéaire, commande robuste
  • Implémentation sur convertisseurs réels : prototypes abaisseur, flyback, SEPIC (implémentation avec carte dSPACE et FPGA)
  • Collaborations avec le Département d’Automatique de Supélec
  • Optimisation des convertisseurs avec prise en compte de la loi de commande
5. Modélisation et optimisation des convertisseurs (P. Lefranc & P.Dessante)
  • Modélisation analytique multi-physique
  • Modélisation électro-thermique : modèles compacts, éléments finis 3D
  • Pré-dimensionnement des convertisseurs : choix de topologies, choix de composants dans des bases de données
  • Optimisation 3D des convertisseurs
  • Optimisation hybride du placement routage des composants de puissance
  • Outils numériques pour prototypage virtuel
  • Optimisation des convertisseurs avec prise en compte de la loi de commande
6. Commande rapprochée des interrupteurs de puissance (P. Lefranc & P.Dessante)
  • Commande de grille des composants MOSFET et IGBT
  • Fonction de transmission d’ordres à haute isolation galvanique (optimisations et prototypages physiques)
  • Fonction de transmission de puissance à haute isolation galvanique (transmission d’énergie sans contact – Contactless Energy Transfer - CET) (optimisations et prototypages physiques)
  • Fonctions de sécurité pour MOSFET et IGBT



Prototype du convertisseur SEPIC, implantation dSPACE (P.Lefranc)

Modélisation thermique transitoire d’un module MOSFET (P.Lefranc)

   

Exemple de définition d’un problème d’optimisation de placement-routage d’un convertisseur abaisseur (P.Lefranc)

Modélisation générique d’interrupteur bi-directionnel en courant et mono-directionnel en tension (optimisation & choix de composants dans bases de données) (P.Lefranc)

Modélisation 2D par éléments finis d’un transformateur d’impulsion pour application de commande rapprochée à haute isolation galvanique (FEMM). (P.Lefranc)

Prototype d’une fonction de transmission d’impulsion pour commande rapprochée à haute isolation galvanique. Design issu d’une démarche d’optimisation de la géométrie et du circuit d’excitation par éléments finis (FEMM). (P.Lefranc)

Modélisation géométrique 3D d’une inductance pour convertisseur abaisseur (P.Lefranc)

Modélisation analytique électro-thermique d’une diode de puissance, comparaison modélisation/données constructeur. (P.Lefranc)

Optimisation géométrique d’un transformateur magnétique à haute isolation galvanique pour transmission de puissance. Fronts de Pareto {coefficient de couplage} vs{ résistance de bobinage} en fonction de l’épaisseur d’isolant. Optimisation par simulations éléments finis en 2D (FEMM). (P.Lefranc)

 
Dernière modification : 12/04/2013