Modèles de composants passifs et couplage électromagnétique pour filtres HF de puissance : optimisation du placement

Modeling of passive components and electromagnetic coupling for HF filter : placement optimization

• Auteur / Autrice : An Zhou
• Direction : Charles Joubert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 18/04/2013
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire AMPERE (Ecully, Rhône)
• Jury : Président / Présidente : François Costa
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François de Daran, Frédéric Lafon, Mohamed Bensetti
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Eric Labouré, Jean-Luc Schanen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Électronique de puissance

Inductance

Condensateurs électriques

Compatibilité électromagnétique

Mots clés libres

Compatibilité Électromagnétique

Filtre CEM

Modélisation

Condensateur

Inductance

Couplage inter-composants

Optimisation des emplacements

Electromagnetic compatibility

EMC filter

Modeling

Capacitor

Inductor

Intercomponent coupling

Placement optimization

Résumé

Les filtres CEM sont largement utilisés dans les systèmes électroniques de puissance pour la suppression des interférences électromagnétiques. Ils sont en général composés d'une succession de condensateurs et de selfs. En haute fréquence, on est amené à compléter le modèle des composants par des éléments parasites. Ce travail de thèse est consacré à l'étude de l'influence du couplage inter composants sur la performance du filtre CEM. Une étude mathématique a été réalisée sur un filtre LC de type Γ. Cette dernière nous a permis de déduire qu'un meilleur comportement du filtre est obtenu quand le couplage magnétique inter-composants annule l'inductance parasite du condensateur (ESL=M). Pour atteindre cet objectif, une méthodologie permettant d'optimiser les emplacements des composants a été développée en se basant sur des modèles 3D simplifiés des composants du filtre. Dans ce travail de thèse, un condensateur film métallisé est présenté par un modèle 3D constitue d'un volume unique de conducteur. Les bobines avec ferrite sont modélisées en 3D en prenant en compte les propriétés physiques et géométriques. Ces modèles de condensateurs et de bobines ont été étudiés dans le cas de plusieurs configurations pour différents positionnements des composants. Les résultats obtenus ont montré leurs capacités de prédire à la fois les paramètres intrinsèques (Inductance parasite ESL pour le condensateur, Inductance L pour la bobine) et l'inductance mutuelle M inter-composants. Finalement, la méthodologie d'optimisation a été validée expérimentalement sur un filtre CEM de type Γ (condensateur film et bobine bâtonnet avec ferrite) intégré dans un moteur d'essuie-glace

EMC filters are widely used in power electronic systems for electromagnetic interference suppression. They usually consist of a series of capacitors and inductors. At high frequencies, it is necessary to complete the model of component with parasitic elements. This work is devoted to the study of the influence of inter-component coupling on the performance of the EMC filter. A mathematical study was performed on an LC filter in type Γ. The latter allowed us to deduce a better behavior of the filter can be obtained when the magnetic coupling inter-component cancels the parasitic inductance of the capacitor (ESL = M). To achieve this goal, a methodology to optimize the locations of components has been developed based on their 3D models simplified. In this thesis, a metalized film capacitor is presented by a 3D model constituting a single volume conductor. The inductor with ferrite is modeled by taking into account the physical and geometrical properties. These models of capacitors and inductors have been studied in several configurations for different positions of the components. The results have shown their ability to predict both the intrinsic parameters (parasitic inductance ESL for the capacitor, inductance L for the inductor) and mutual inductance M inter-components. Finally, the optimization method was validated experimentally with an EMC filter type Γ (film capacitor and ferrite-rod inductor) built in a wiper motor