Contribution au développement de modèles pour l'électronique de puissance en VHDL-AMS

par Their Ibrahim

Thèse de doctorat en Génie Electrique. Modélisation en Electronique de Puissance

Sous la direction de Bruno Allard.

Soutenue en 2009

à Lyon, INSA , dans le cadre de École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon) , en partenariat avec AMPERE - Génie Electrique, Electromagnétisme, Automatique, Microbiologie Environnementale et Applications (Rhône) (laboratoire) .

mots clés

• Électrotechnique
• Électronique de puissance

Résumé

Ce document décrit une contribution au prototypage virtuel de composants-métiers dans le contexte de la conception d’un système complexe multi-physique. Dans le cadre de cette vision, nous retenons 3 grands aspects à notre contribution : - Pour le seul métier de l’électronique de puissance, proposer des modèles des principaux composants de puissance à semiconducteur ; - Doter ces modèles de niveaux de représentation différents (depuis l’interrupteur jusqu’aux phénomènes physiques les plus importants) ; - Ecrire ces modèles avec le souci de l’échange inter-disciplinaire, et en arranger la liste sous la forme d’une bibliothèque. S’agissant de modèles dont une représentation au moins se veut physique, il est indispensable d’attacher aux modèles : - la procédure de l’identification des paramètres du modèle ; - la démonstration de la validation du modèle sur le plan expérimental. Une bibliothèque de modèles en VHDL-AMS est proposée pour la conception de convertisseur de puissance. La diode PiN, les transistors MOSFET et IGBT ont été modélisés classiquement, avec une approche à constantes localisées, pouvant être représentés graphiquement par un schéma électrique équivalent. Une telle représentation est suffisante pour les analyses électro-thermiques “ système ” du convertisseur de puissance. Une proposition de modèle thermique compact, en cohérence avec le compromis précision/complexité des autres modèles, est détaillée et vérifiée expérimentalement.

Titre traduit

= Contribution to the development of models for power electronics in VHDL-AMS

Résumé

This document details a contribution to virtual prototyping in the context of designing complex multi-physics systems. Under this vision, we adopt 3 major aspects to our contribution : - For power electronics ,models of main components of power semiconductor devices ; - Models with different levels of representation (from the ideal switch to accurate representation) ; - Edition of models with the aim of inter-disciplinary exchange and arrangement in a list as a library. Models with regard to representation are at least physical, it is essential to attach to the models : - The process of identifying the parameters of the model ; - Demonstrating the validation of the model on the experimental level. A library of models in VHDL-AMS is proposed for the design of power converter. The TiN diode, the MOSFET and IGBT transistors have been modelled conventionally, with a local-constant approach that can be represented graphically by an electrical equivalent circuit. Such a representation is sufficient for electro-thermal analyses at system level of power converters ; a proposal for a compact thermal model, consistent with the compromise accuracy / complexity of the models, is detailed and experimentally verified.