Composants magnétiques intégrés au Print Circuit Board: Intégration des fonctions magnétiques et thermiques

par Hajer Kezdaghli Lagha (Lagha)

Projet de thèse en Genie electrique

Sous la direction de James Roudet.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes en cotutelle avec Faculté des Sciences de Monastir , dans le cadre de École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble) , en partenariat avec G2ELab - Laboratoire de Génie Electrique de Grenoble (laboratoire) et de Matériaux et Dispositifs Electromagnétiques Avancés (equipe de recherche) depuis le 15-01-2013 .


  • Résumé

    Tous les domaines de Génie électrique à des degrés divers sont concernés par les problèmes thermiques. Les machines électriques, moteurs et alternateurs, compte tenu des puissances mises en jeu et des échauffements dus aux pertes ont été les premiers dispositifs étudiés d'un point de vue thermique. On a assisté au cours des dernières années à un réduction de plus en plus de la taille des composants magnétiques, cependant la réduction de plus en plus de la taille ne suffit pas à bénéficier de meilleurs performances puisque plusieurs contraintes sont mises en jeux tels que l'hypertension de la consommation à l'intérieur du composant qui assure des problèmes drastiques au niveau du fonctionnement et au niveau de fiabilité. D'autre part, ces composants magnétiques sont le siège de pertes massiques dans les circuits magnétiques et électriques. Des alliages magnétiques peuvent être alors utilisés dans le but de limiter ces pertes, tels que les pertes par effet joule qui se produit généralement dans les conducteurs et les pertes fer dans les circuits magnétiques. Pour intégrer les fonctions magnétiques (transformateur et inductance) et thermiques (refroidissement et protection) dans un composant unique intégré dans un Printed Circuit Board, une modélisation de ces fonctions est indispensable. Un premier modèle établi lors des travaux de recherche de Behzâd AHMADI [1], permet de décrire le comportement magnétique des rubans magnétiques utilisés dans un composant intégré au PCB de type méandre. En effet cette topologie met l'accent sur la forme du noyau et les caractéristiques mécaniques du matériau. Les autres topologies mettent à l'inverse l'accent sur les technologies de conducteurs et limitent le noyau magnétique à de simples plaques. Pour démontrer l'intérêt des matériaux poly cristallins dans ce contexte d'intégration nous retenons donc la structure méandre qui nous permet d'éprouver la mise en forme des matériaux et d'identifier par le même, les verrous technologiques et scientifiques sous jacents. L'autre critère de choix important de la structure méandre, réside dans l'accessibilité du matériau magnétique en raison de l'agencement des conducteurs dans un même plan. En effet dans cette topologie le matériau ne reste pas « emprisonné » par les conducteurs et permet de tirer profit de solutions de refroidissement direct du noyau magnétique. Les recherches en thèse de Behzâd AHMADI ont montré l'intérêt des matériaux de type FeNiCrCu en rubans de 20µm pour ces applicatifs et ont aboutis à un prototype fonctionnel. Ce composant ultrafin de 1mm d'épaisseur utilise une topologie en méandre et un procédé de mise en forme des rubans spécifiques (dépôt de brevet) celui s'insère dans un convertisseur Forward quasi-résonnant de 3W 12V-3.3V.

  • Titre traduit

    Integrated magnetic components in Print Circuit Board: Integration of magnetic and thermal functions


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