Contribution à l'élaboration de modèles précis et à faible coût de calcul pour l'électronique de puissance et la CEM

par Slim Hrigua

Thèse de doctorat en Électronique Électrotechnique Automatique

Sous la direction de François Costa.

Le jury était composé de Nadir Idir, Enrico Vialardi, Xavier Bunlon, Bertrand Revol, Cyrille Gautier.

Les rapporteurs étaient Bruno Allard, Jean-Luc Schanen.


  • Résumé

    La compatibilité électromagnétique (CEM) est l’une des contraintes majeures de la conception des structures de l’électronique de puissance. Pour le cas des convertisseurs statiques, la commutation des semi-conducteurs et leurs interactions avec les éléments parasites liés à l’environnement sont la source principale des perturbations conduites. Cette interaction ne cesse d’augmenter notamment avec l’industrialisation des nouvelles générations de semi-conducteurs à grand gap qui deviennent de plus en plus impressionnantes grâces à leurs faibles pertes en commutation et à leur rapidité croissante. Malheureusement, l’étude de ces perturbations est souvent considérée comme le dernier obstacle à la commercialisation et elle n’est pas prise comme contrainte de conception. L’estimation a priori de ces perturbations par la simulation peut permettre un gain considérable tant sur le plan économique que sur le temps de traitement. Dans ce mémoire, nous mettons l’accent sur les modèles de composants semi-conducteurs et leurs effets sur les perturbations conduites dans les convertisseurs statiques. Cette étude mettra aussi en évidence les problèmes liés aux simulations temporelles ou fréquentielles et l’utilité de chacune. Ensuite, nous proposons des modèles pour le MOSFET et pour la diode Shottky en technologie carbure de silicium et nous analysons l’influence de leurs paramètres sur les perturbations conduites dans un circuit de hacheur. Nous exposons aussi une approche permettant d’obtenir des temps de simulation plus raisonnables en introduisant le principe de contrôle des signaux parasites et des cycles de fonctionnement. Finalement, nous introduisons une nouvelle méthode de description des commutations par des sources équivalentes. Nous montrons qu’il est possible à partir de l’étude de la loi de commande de proposer une méthode de synthèse d’une cellule de commutation permettant de reconstruire ses grandeurs électriques de sortie.

  • Titre traduit

    Contribution to the development of precise models with low computational cost for power electronics and EMC


  • Résumé

    Electromagnetic compatibility (EMC) is one of the major constraints involved in the design of power electronics structures. In the case of static power converters, the switching of semiconductors and their interactions with the parasitic elements related to the environment are the main source of conducted disturbances. This interaction is increasing especially with the industrialization of new generations of wide band gap semiconductors that become increasingly impressive thanks to their low switching losses and their rapidity. Unfortunately, the study of the disturbances is often considered as the last obstacle to the marketing and it is not taken as a design constraint. An early estimation of these disturbances by simulation can provide a reduction in processing time and a considerable economic gain. In this manuscript, we focus on semiconductors models and their effects on conducted interference in static converters. This study will also reveal problems related to time or frequency simulations and usefulness of each one. Then, we propose models for silicon-carbide MOSFET and Schottky diode and we analyze the influence of their parameters on the conducted disturbances in a chopper circuit. We also expose an approach to obtain more reasonable simulation time by controlling parasitic signals and operating cycles. Finally, we introduce a new method to describe switching’s by using equivalent sources. We show that by studying the command law, it is possible to propose a synthesizing method of a switching cell able to rebuild its electrical outputs.


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