Etude et réalisation d’un convertisseur AC/DC Buck Boost réversible à haut rendement pour alimentation de secours

par Lucas Hernandez

Thèse de doctorat en Génie Électrique

Sous la direction de Thierry Meynard.

Le président du jury était Frédéric Richardeau.

Le jury était composé de Thierry Meynard, Jean-Paul Ferrieux, Philippe Le Moigne, Alain Lacarnoy.

Les rapporteurs étaient Jean-Paul Ferrieux, Philippe Le Moigne.


  • Résumé

    Les Alimentations Sans Interruption (ASI) ont pour rôle de protéger les charges sensibles. Leur utilisation nécessite l’usage de convertisseur de puissance AC/DC triphasé abaisseur et/ou élévateur de tension. Les ASI utilisent généralement une chaîne de conversion DC/DC+DC/AC ayant un rendement aux alentours de et sont souvent employées de façon continue. L’objectif de cette thèse est donc d’étudier un convertisseur DC/AC triphasé réversible en puissance susceptible de fonctionner en abaisseur et en élévateur de tension pour atteindre un rendement souhaité de 98% avec un minimum de 97,5%. L’étude s’oriente vers des architectures de convertisseurs peu conventionnelles, l’utilisation de semi-conducteurs grand gap (SiC) et de composants passifs à faible pertes. Une méthode de comparaison rapide qui est à la fois analytique et numérique est présentée pour dimensionner ces architectures en se basant sur les caractéristiques fournies par les constructeurs. La solution ‘Gradateur Onduleur Différentiel’ a été jugée comme la plus adaptée à nos besoins. Les choix techniques pour ce convertisseur sont détaillés, puis une étude de faisabilité présentée. Le convertisseur retenu est non linéaire et sa commande utilise des principes de fonctionnement atypiques, différentes stratégies de régulation sont donc présentées. Des tests sont effectués pour valider la commande mise en place et réaliser les essais fonctionnels et mesures de rendement. Enfin les résultats sont comparés aux prévisions et la solution proposée est finalement globalement comparée à la chaîne de conversion AC/DC+DC/DC classique.

  • Titre traduit

    Study and realization of high efficiency Buck Boost reversible AC/DC power converter for back-up power supply


  • Résumé

    Uninterruptible Power Supply (UPS) aim at quasi-instantaneous protection of critical loads. A DC to 3-phase AC stepup/stepdown converter is needed. For UPS, energy transfer using battery generally uses a 2-stage DC/DC+DC/AC conversion with an efficiency close to 96%. UPS are generally running permanently. The goal of this PhD is to optimize this conversion chain to aim at a target efficiency of 98% with a minimum requirement of 97%. To achieve this, our study will start with a survey of reversible architectures with both stepup and stepdown capability. Using wide bandgap semi-conductors and low-loss passive components are also part of this study. The power converter topologies are compared with a quick dimensioning method wich use both analytic analyse and simulation to realised an element selection based on characteristic given by the constructors. Eligible power converters are evaluated and compared and the “AC chopper+Inverter” architecture is found to best match our requirements. Then the technical choices of the power converter are detailed and a feasibility study is presented for the worst-case scenario. The selected power converter topology is non-linear and its control includes specific states, different strategies for the network and DC line electric parameter regulation are presented. To allow the verification of the proposed regulation, functional tests and efficiency measurement at different points are realised on the prototype. As a conclusion, the results gathered with the prototype are compared to those of a more conventional AC/DC+DC/DC power chain.


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