Handling differential mode conducted EMC in modular converters

International audienceThis paper presents the analysis and management of differential mode conducted EMI in modular converters made from associations of standard conversion cells. Two main configurations, ISOP and IPOS are studied with the objective to define a generic EMI management technique, independent from the number of conversion standard cells implemented. First, analysis is carried out from a theoretical point of view based on simplified models. Second filtering solutions are introduced and compared. Especially, centralized versus distributed filtering techniques are compared with the objective to find generic solutions. The results are compared and validated with practical characterizations

Vers une nouvelle approche de conception et de fabrication en Electr. de Puissance. Et si la microélectronique était un exemple à suivre ?

International audienceL'électronique de puissance est aujourd'hui confrontée à une dualité forte opposant méthodes de conception et intégration technologique. L'article revient sur l'avènement de cette situation avant de poursuivre avec l'introduction de différentes approches visant ou conduisant à réconcilier technologies et méthodes de conception. Si aucun résultat nouveau n'est publié dans l'article, celui-ci nous interroge sur les fondements de nos démarches de conception et de fabrication en électronique de puissance. Un débat à suivre 

Optimisation d'une structure de conversion DC-DC réversible pour application aéronautique

International audienceLe véhicule aérien a connu de nombreusesrévolutions durant les dernières décennies afin d'être pluséconome en énergie et plus respectueux de l'environnement. [1]Dans cet objectif, l'électricité est apparue comme le vecteurénergétique le plus adapté associé aux sources conventionnellesd'énergie. C'est dans ce contexte que nos recherches se sontportées sur ce mode de transport qui va voir des bouleversementsstructurels importants et de plus en plus d'équipementsélectriques installés à bord. Cet article s'intéresse à une brique deconversion DC/DC nécessaire au transfert d'énergie entre les busHVDC et LVDC présent sur les avions actuels, pour cela nousétudierons la structure, le contrôle et les résultats expérimentauxde la topologie Dual Active Bridge. Une maquette basse puissancea permis la validation des lois de commande tandis qu'unprototype 3,75kW à forte densité d'intégration sera présenté avecpour objectif une puissance massique de 2kW/kg. L'originalité deses travaux réside dans la volonté de concevoir un produitindustrialisable dans le domaine de l'aéronautique en favorisantplusieurs ruptures technologiques jusqu'alors rédhibitoire chezles avionneurs.</p

Conception d'un équilibreur de charge de batterie à base du réseau de micro-convertisseurs

Depuis ces années, le développement de systèmes de stockage d'énergie pour la mobilité électrique avec davantage d'autonomie de durabilité est au cœur des contraintes de développement des véhicules électriques ou hybrides entraînant une émergence de l'utilisation des systèmes de management ainsi que des circuits d'équilibrage. Les travaux de thèse portent sur la conception et la réalisation d'une nouvelle structure d'équilibrage à base du réseau de micro-convertisseurs (R C) utilisant les matrices de connections ainsi que les stratégies de commande appropriées. L'objectif principal est de concevoir un équilibreur actif forcé de haute performance, intégrable à base de technologies d'aujourd'hui et avec une stratégie de contrôle simple à mettre en œuvre. Le mémoire de thèse se structure en quatre chapitres : approche du R C versus l'équilibrage des batteries, conception de la structure et des stratégies d'équilibrage à base du R C, conception et dimensionnement du système de contrôle intégrée, version intégrée de l'équilibreur-perspectives. Les premiers prototypes de l'équilibreur utilisant des composants discrets ont été mis en place afin de valider notre structure ainsi que les solutions de contrôle proposées. La réalisation des versions intégrées en se basant sur l'utilisation les technologies disponible au sein du laboratoire ouvre un avenir promettant pour les systèmes de management de batterie.In recent years, the development of energy storage systems for electric mobility with greater autonomy of sustainability is at the heart of development constraints of electric or hybrid vehicles resulting in the emergence of the use of management systems as well as balancing circuits. The thesis focuses on the design and implementation of a new balancing based network structure of micro-inverters (R C) using matrices connections and appropriate control strategies. The main objective is to design an active balancer forced high performance integrated based technologies of today and a simple control strategy to implement. The thesis is structured in four chapters: R C approach versus balancing batteries, structural design and balancing based strategies R C, design and simulation of control system built, integrated version of the balancer - perspectives. The first prototypes of the balancer using discrete components were developed to validate our structure and control solutions proposed. The realization of integrated based on using the technologies available in the laboratory versions opens a promising future for battery management systems.SAVOIE-SCD - Bib.électronique (730659901) / SudocGRENOBLE1/INP-Bib.électronique (384210012) / SudocGRENOBLE2/3-Bib.électronique (384219901) / SudocSudocFranceF

Transfert isolé des signaux de commande dans le contexte de l'intégration pour les composants actifs d'électronique de puissance

Cet article présente plusieurs solutions originales afin de réaliser un transfert isolé des ordres de commutation pour les semiconducteurs de puissance. Sous la contrainte de l'intégration aussi bien monolithique qu'hétérogène, trois solutions sont présentées de façons théoriques et expérimentales. Le premier mode de réalisation intégrée de l'isolation galvanique est une solution optique intégrée au composant de puissance et/ou au sein de son circuit de commande de type CMOS. Les performances statiques et dynamiques des récepteurs optiques sont tout à fait compatibles avec l'application. Enfin, plusieurs transformateurs sans noyau magnétique sont conçus, analysés et caractérisés via une réalisation CMOS, en prenant un soin particulier aux couplages hautes fréquences et éléments parasites. Ce circuit de transmission électromagnétique des ordres est intégré avec plusieurs fonctions de pilotages et le bon fonctionnement de l'ensemble du driver est démontré aussi bien pour les composants Haute Tension High Side que Low Side

Contributions aux circuits de « gate-driver » dédiés aux transistors de puissance à forte vitesse de commutation dans un environnement haute temperature

International audienceBasé sur les contraintes de fonctionnement des transistors à commutations rapides, cet article présente et analyse la problématique du transfert des ordres de commande du transistor « high-side » dans une configuration de bras d'onduleur. En plus des contraintes imposées par les forts « dv/dt » sur le driver, la température de fonctionnement élevée (jusqu'à 200°C) impose une conception spécifique du circuit de commande. Aujourd'hui, la technologie silicium reste la solution la plus fiable et la plus mature pour la conception du driver mais au prix d'une mise en œuvre délicate (tenue en tension, température, dv/dt). Trois solutions sont proposées et comparées : transformateur coreless, level-shifter et émetteur/récepteur optique. Les délais de propagation, l'intégrité du signal (durée du rapport cyclique et précision temporelle) ainsi que l'immunité aux dv/dt des prototypes sont caractérisées en fonction de la température ambiante de fonctionnement.</p

Disassemblability Assessment of Power Electronic Converters for Improved Circularity

Power Electronics Converters (PEC) play a crucial role in the operation of many modern electrical systems and devices. Despite their widespread use, the lack of an efficient and cost-effective disassembly process can limit their repairability, refurbishability, remanufacturability and, ultimately, recyclability, thus hindering the circularity of products. In order to improve their circularity, it is important to assess their ease of disassembly. Therefore, this paper investigates the applicability of the “ease of Disassembly Metric” (eDiM), which is referenced in the material efficiency standards, Benelux repairability assessment method, and Repair Scoring System (RSS), to analyze the ease of disassembly of energy-related products. After identifying the limitations of the eDiM method, we refined and adapted it to make it more suitable for Printed Circuit Board (PCB)-based PEC, and thus propose a PCB-based disassemblability assessment method allowing the implementation of quantifiable requirements supporting their circularity. This standardized approach, at the PCB level, can improve the circularity of such products by facilitating design enhancements. With this approach, policymakers and designers can contribute more effectively to the transition to a circular economy in PCB electronics, particularly in the field of power electronics

Évaluation de la démontabilité des convertisseurs électroniques de puissance pour une circularité améliorée

Les convertisseurs électroniques de puissance (CEP) jouent un rôle crucial dans le fonctionnement de nombreux systèmes et appareils électriques modernes. Malgré leur utilisation répandue, l'absence d'un processus de démontage efficace et rentable pour ces dispositifs peut limiter leur réutilisation, leur réparabilité, leur remanufacturabilité et, en fin de compte, leur recyclabilité, entravant ainsi la circularité des produits. Afin de comprendre la circularité de ces produits, il est important d’évaluer la difficulté du désassemblage. Par conséquent, cet article étudie l'applicabilité de la facilité de désassemblage (eDiM), qui est référencée dans la norme EN 45554, pour analyser le désassemblage des produits électroniques à base de circuits imprimés (PCB). Après avoir identifié les limites de la méthode eDiM, nous avons affiné et adapté la méthode pour la rendre plus appropriée pour les CEP basés sur les PCB. L'objectif de ce document est d'introduire une méthode d'évaluation de la démontabilité qui est spécifique aux CEP basés sur les cartes de circuits imprimés (PCB) et de permettre la mise en œuvre d'exigences quantifiables pour les produits soutenant l'économie circulaire. La méthode proposée présente une approche normalisée pour évaluer la facilité de démontage au niveau des PCB, facilitant ainsi l'identification des améliorations de conception susceptibles d'améliorer leur circularité. En utilisant cette méthode d'évaluation, les décideurs politiques et les concepteurs peuvent contribuer plus efficacement à la transition vers une économie plus circulaire dans l'électronique des PCB et plus particulièrement dans l'électronique de puissance

Métrologie de la Commutation de Puissance Rapide. Contribution à la Caractérisation et à la Recherche d'un Modèle d'I.G.B.T..

Today, the main tool used by specialists in power electronics is the digital oscilloscope. As long as it is used to verify correctness of circuits working, its initial accuracy, generally, meets the needs. However, when fast power electronic switch characterization is at sake, required accuracy can't be directly reached. Operating modes must be optimized and corrections must be brought to measurement. Implementation of thèse corrections requires computer help and spends time. Before their development, it is good to be sure of their necessity. The aim of the first part of this work is to study causes of inaccuracy and their influence on measurement results. To do this, we take measurements with a maximum of care on an I.G.B.T. and we simulate, one by one, causes of errors. This study allows to détermine some références mark up to choice equipment or to judge the necessity of corrections. In a second part, we study the I.G.B.T. modelling and, more generally, non-linear electrostatic four pôle modelling. By comparing measurements done on the I.G.B.T. with the results of simulation, we show influence of non-linear capacities of the I.G.B.T. on simulation.Aujourd'hui l'outil le plus utilisé par les spécialistes d'électronique de puissance est l'oscilloscope numérique. Tant que ces appareils sont utilisés pour vérifier le fonctionnement de circuits, leur précision est, généralement, suffisante. En revanche lorsqu'ils sont utilisés pour caractériser des interrupteurs de puissance, la précision nécessaire ne peut pas être atteinte directement. Les modes opératoires doivent être optimisés et les mesures doivent être corrigées pour obtenir une précision satisfaisante. La mise en place de ces corrections demande du temps et nécessite, souvent, l'utilisation d'un ordinateur. Il est bon, avant de les développer, de s'assurer de leur opportunité. Une première partie de ce travail est consacrée à l'étude des causes d'erreurs et à leur influence sur les résultats de mesure. Nous partons de mesures effectuées, avec les plus grands soins, sur un I.G.B.T. et nous simulons, une à une, les sources d'erreur. Cette étude permet de tirer des critères de choix de matériel de mesure et de juger de la nécessité de certaines corrections. Dans une deuxième partie, nous nous intéressons à la modélisation de l'I.G.B.T. et, plus généralement, des quadripôles électrostatiques non-linéaires. Par comparaison avec les mesures effectuées sur l'I.G.B.T. nous montrons l'influence de la modélisation des capacités non-linéaires de l'I.G.B.T. sur les résultats de simulation

Modélisation électromagnétique des composants passifs multi-spires multi-couches

International audienceIl est classique de constater que la majorité du volume d'un convertisseur d'électronique de puissance est occupée par les composants passifs. Les évolutions actuelles que connaît l'électronique de puissance vont donc dans le sens d'une meilleure occupation de l'espace grâce aux techniques de réalisation permettant une meilleure intégration des composants passifs et une meilleure maîtrise de l'environnement. Dans ce cadre, les composants planars présentent un fort avantage concernant les techniques de dimensionnement et d'interconnexion. Ils sont à l'heure actuelle la clé de progrès importants réalisés dans la conception de convertisseur à forte puissance volumique. Pour pousser plus loin ces avantages, un travail important concernant l'optimisation volumique de ces composants a été engagé. Il porte tout d'abord sur la modélisation électromagnétique permettant de modéliser leur comportement électrique. Ce travail devra ensuite être poursuivi par une modélisation thermique. Cet article porte sur la première étape et présente, dans une première partie, une méthode de modélisation par plaque adaptée aux composants bobinés planars. Cette méthode sera ensuite étendue pour modéliser les comportements électriques des composants intégrés présentant des couplages électromagnétiques et électrostatiques. Une modélisation analytique des composants hybrides multi-spires multi-couches LCT constitue la deuxième partie de cet article. Enfin elle sera confrontée à des mesures réalisées sur un LCT en circuit imprimé Kapton cuivré 14 couches, 3 spires par couche