Étude multicritère pour l'enfouissement partiel ou total de convertisseurs d'électronique de puissance dans un circuit imprimé

par Yoann Pascal

Thèse de doctorat en Génie électrique

Sous la direction de François Costa.


  • Résumé

    Les travaux présentés dans ce manuscrit traitent de l’enfouissement dans un circuit imprimé de convertisseurs de puissance, paradigme visant l’insertion de composants électroniques au sein du circuit imprimé.Une structure simple et économique de composant inductif enfoui, pouvant être employé comme inductance, coupleur, ou résonateur monolithique, est tout d’abord décrite. Un modèle analytique complet est développé. Des prototypes sont réalisés, validant le modèle et démontrant l’intérêt de la topologie.L’agencement des composants de puissance constituant une cellule de commutation est ensuite étudié. En particulier, un modèle analytique permettant une compréhension intuitive des mécanismes oscillatoires dans le cadre de l’emploi de transistors rapides est décrit.Une technique de reprise de contact de face avant pour puce enfouie, basée sur un morceau de mousse pressée, est proposée. Une étude préliminaire, à forte composante expérimentale, est présentée. Elle démontre que certains prototypes enfouis présentent des caractéristiques électriques et une fiabilité similaires à celles obtenus avec des fils de bonding.Enfin, les résultats de l’étude sur l’agencement des composants d’une cellule de commutation sont appliqués pour concevoir et réaliser un hacheur basé sur des transistors SiC connectés par mousse pressée. La structure délivre 3 kW sous 600 V en continu, démontrant la viabilité du procédé de reprise de contact proposé.

  • Titre traduit

    Multi-criteria study for partial or complete Printed Circuit Board embedding of power electronic converters


  • Résumé

    This thesis deals with Printed-Circuit Board (PCB) embedding of power converters, paradigm according to which electronic components are placed within the substrate itself.First, a simple and economical structure of inductive component, which can be used either as an inductor, a coupler, or a monolithic resonator, is described. A comprehensive analytical model is developed. Prototypes are manufactured, validating the analytical model and highlighting the value of the topology.The arrangement of the power components of a switching cell is then studied. In particular, an analytical model offering an intuitive understanding of the oscillation mechanisms in cells using fast transistors is proposed.A simple and economical top-side connection technic for PCB-embedded power dies using a pressed piece of metal foam is described. A preliminary study, with strong experimental component, is proposed. It shows that the embedded prototypes have electrical performances and a reliability close to that of wire-bonded dies.Finally, the results from the study on the arrangement of the components of a switching cell are used to design and manufacture a chopper based on SiC transistors connected using a piece of pressed metal foam. This chopper proved to be able to continuously deliver 3 kW under 600 V to a load, thereby validating the proposed top-side connection technic.


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