Conception d'un convertisseur électronique de courant continu à fréquence de commutation adaptative et commutation douce pour l'entraînement d'une voiture électrique

Ce document présente les étapes de réalisation d'un convertisseur de courant continu de 60kW pouvant être inclus dans l'entraînement électronique pour voiture électrique de l'entreprise TM4 inc. Les étapes de conception sont décrites et les résultats obtenus avec le prototype construit sont discutés. L'objectif principal du projet est la diminution du coût du convertisseur actuel tout en conservant les performances (rendement de 97% à puissance maximale) et la plage d'opération. Le convertisseur présenté doit fonctionner pour une plage de tension d'entrée de 220 à 400V et une tension de sortie de 250 à 400V à puissance maximale (60kW). La revue de la littérature et le choix de la topologie à réaliser en pratique ont été effectués avec l'objectif de limiter au possible les modifications sur l'entraînement électronique actuel et d'obtenir une technologie potentiellement implantable dans un produit commercialisable à court terme. Entre autres, les modules d'IGBTs utilisés ont été conservés. Afin de diminuer le coût du convertisseur, la diminution du condensateur de sortie est apparue comme l'option de réduction du coût ayant le plus de potentiel. Afin d'accélérer la vitesse de régulation du convertisseur et de diminuer le condensateur, l'inductance a été réduite et un asservissement analogique du courant a été réalisé. La topologie de convertisseur qui a été retenue est une topologie à trois bras d'IGBTs à commande entrelacée et commutation douce par éléments passifs. Afin de satisfaire le fonctionnement sur toute la plage d'opération, une stratégie de contrôle originale à fréquence variable a été implantée. La vitesse de la régulation de la tension de sortie correspond aux simulations effectuées lors de la conception détaillée et permettrait la diminution du condensateur de sortie à 20% de sa valeur actuelle. Le convertisseur atteint un rendement de 97% à puissance nominale et maximale pour une tension de sortie de 250V. Le rendement à 400V de sortie peut être amélioré et différentes solutions rapidement implantables sont suggérées