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Réseaux de convertisseurs - Méthodes et outils pour la conception automatique de convertisseurs

By Andre Andreta

Abstract

This work presents an automatic design method for power electronic converters “Automatic Design for manufacturing” (ADFM). The method proposes to build power converter arrays (PCAs), by assembling standard-cells. The technique is highly inspired by the microelectronics industry, power electronics building blocks, and multicell converters. The power conversion stage of a PCA consists of several conversion standard cells (CSCs) connected in series and/or parallel.One of the primary basis for the proper functioning of the ADFM method is the use of models for predicting the behaviour of the possible assemblies of standard cells. This thesis establishes this base following a three-step procedure: defining a plan of experiments to choose the relevant measurements that bring the most information of the PCAs; building a test bench capable of performing automatic measurements and finally studying statistical modelling methods to perform accurate predictions.Experimental tests in nine different converters are performed, totalizing over 210 hours of tests. Predictions of efficiency and converter temperature made by the models are compared with real measurements to validate their accuracy. Finally, the models are employed for two main tasks: to assure that a given PCA in a given operating point has a safe operation; and to benchmark PCAs that perform similar power conversion.Ce travail présente une méthode de conception et de fabrication automatique de convertisseurs de puissance appelée « Automatic Design for manufacturing » (ADFM). La méthode consiste en concevoir des « Power Converter Arrays » (PCA) via l’assemblage de cellules standards. La technique est inspirée de l’industrie de la microélectronique, des PEBB (Power Electronic Building Blocks) et des convertisseurs multicellulaires. La partie de puissance d’un PCA est formé par plusieurs Cellules Standards de Conversion (CSC) connectées en série ou/et en parallèle en entrée comme en sortie.Afin de prédire le comportement de tous les assemblages possibles de CSC, cette démarche s’appuie sur des modèles statistiques eux-mêmes déterminés par des caractérisations électrothermiques de convertisseurs tests. Cette thèse va établir les bases de cette modélisation en trois étapes : la définition d’un plan d’expérience ; la construction d’un banc d’essais pour réaliser des mesures automatiques, et finalement, l’étude des modèles statistiques permettant de réaliser prédictions précises.9 convertisseurs ont ainsi été réalisés et caractérisés, totalisant plus de 210 heures de tests afin de réaliser toutes les étapes allant de la caractérisation aux prédictions de l’efficacité et de la température d’un convertisseur. Finalement, afin de valider cette nouvelle méthode, deux cas pratiques ont été traités. Le premier vise à comparer les résultats estimés avec ceux réellement atteints par un PCA, le second s’attache à montrer les perspectives d’une telle approche en comparant les performances estimées de plusieurs PCAs pour un profil de mission donné

Topics: DC-DC converters, Multicell converters, Statistical modeling, Conve convertisseursertisseurs DC-DC, Convertisseur multicellulaire, Modèle statistique, [SPI.NRJ]Engineering Sciences [physics]/Electric power
Publisher: HAL CCSD
Year: 2019
OAI identifier: oai:HAL:tel-02527643v1
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