Développement de capteurs thermiques virtuels dans le cadre du contrôle d’électronique de puissance

Virtual thermal sensors improvement for the power electronics control

• Auteur / Autrice : Ali El Arabi
• Direction : Benjamin Rémy, Nicolas Blet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Énergie et mécanique
• Date : Soutenance le 10/07/2025
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIMPPé - Sciences et ingénierie des molécules, des produits, des procédés, et de l'énergie (Lorraine ; 2018-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Energies et Mécanique Théorique et Appliquée
• Jury : Président / Présidente : Didier Saury
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Benjamin Rémy, Nicolas Blet, Olivier Quéméner, Jean-Luc Battaglia, Abdelowahed Hajjaji, Laetitia Perez, Matthieu Urbain
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Olivier Quéméner, Jean-Luc Battaglia

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modélisation électrothermique

Semiconducteurs -- Jonctions

Simulation par ordinateur

Thermométrie

Problèmes inverses

Électronique de puissance

Mots clés libres

Électronique de puissance

Problèmes inverses

Capteurs thermiques virtuels

Modélisation thermique

Mesures thermiques optiques

Virtual thermal sensors

Inverse problems

Heat transfer modeling

Optical thermal measurement

Power electronics

Résumé

La température de jonction des transistors est un paramètre essentiel à prendre en compte dans l’élaboration des stratégies de contrôle-commande des convertisseurs d’électronique de puissance. Cependant, en raison de contraintes technologiques, cette température ne peut pas être mesurée directement. Dans ce travail, des modèles convolutifs ont été développés pour estimer la température de jonction à partir de mesures thermiques déportées : il s’agit de capteurs thermiques virtuels. Ces modèles ont été calibrés et validés en s’appuyant sur un modèle semi-analytique, des simulations numériques en 2D et 3D sous COMSOL, ainsi que sur des résultats expérimentaux.

The junction temperature should be monitored to ensure the protection of the component by integrating this parameter into control and command strategies. Unfortunately, this temperature cannot be directly measured due to various technological constraints. In this work, virtual thermal sensors based on an algorithm of inversion and deported temperature measurements have been developed. These algorithms are primarily built upon convolutional models specifically designed in this study. The models were calibrated using the results of a semi-analytical model, which was developed and validated in 2D against numerical simulations performed in COMSOL. Subsequently, the models were further refined based on the results of 3D COMSOL simulations and, ultimately, validated against experimental data.