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Accueil > Thèses et HDR > Thèses en 2019

05/04/2019 - Johan LE LESLE

par Laurent Krähenbühl - publié le , mis à jour le

Johan Le Leslé soutient sa thèse le 05/04/2019 à 10:00.
Lieu : Ecole Centrale de Lyon, Bâtiment W1, Amphi 1bis.

Titre :
Conception, Modélisation et Évaluation d’un Convertisseur AC/DC Bidirectionnel Hautement Intégré.

Jury :

  • Mme Edith Clavel (G2ELab INP Grenoble - UGA), rapporteur
  • M. Junichi Itoh (Université de Nagaoka), rapporteur
  • M. François Forest (Université de Montpellier)
  • M. Cyril Buttay (CNRS, INSA de Lyon)
  • M. Bruno Sareni (INP-ENSEEIHT)
  • M. Florent Morel (École Centrale de Lyon), encadrant
  • M. Christian Vollaire (École Centrale de Lyon), directeur de thèse
  • M. Stefan Mollov (Mitsubishi Electric R&D Centre Europe), invité
  • M. Nicolas Degrenne (Mitsubishi Electric R&D Centre Europe), encadrant invité
  • M. Guillaume Lefèvre (Institut National de l’Energie Solaire), invité

Résumé :
De nos jours, les énergies renouvelables remplacent les énergies fossiles. Pour assurer une l’interconnexion entre toutes ces installations électriques, l’électronique de puissance est nécessaire. Les principales spécifications de la prochaine génération de convertisseur de puissances sont un rendement et une densité de puissance élevés, fiabilité et faibles coûts. L’intégration PCB des composants actifs et/ou passifs est perçue comme une approche prometteuse, peu onéreuse et efficace. Les délais ainsi que les coûts de fabrication des convertisseurs de puissance peuvent considérablement réduits. L’intégration permet également d’améliorer les performances des convertisseurs. Dans ce but, un concept original d’inductance 3D pliable utilisant la technologie PCB est présenté. Il permet un coût faible pour une production en série, ainsi qu’une excellente reproductibilité. Un usinage partiel de la carte PCB est utilisé, permettant le pliage et la conception des enroulements de l’inductance. Différents prototypes sont développés par le biais d’une procédure d’optimisation. Des tests électriques et thermiques sont réalisés pour valider l’applicabilité du concept au sein de convertisseurs de puissance.
Le développement d’une procédure d’optimisation appliqué aux convertisseurs hautement intégrés utilisant l’enterrement PCB est présenté. Tous les choix importants, facilitant l’intégration PCB, e.g. réduction des composants passifs, sont présentés. Cela inclut la sélection de la topologie adéquate avec la modulation associée. La procédure de design et les modèles analytiques sont introduits. Il en résulte un convertisseur comprenant quatre pont-complet entrelacés avec des bras fonctionnant à basse (50 Hz) et haute (180 kHz) fréquences. Cette configuration autorise une variation de courant importante dans les inductances, assurant ainsi la commutation des semi-conducteurs à zéro de tension (ZVS), et ceux sur une période complète du réseau. L’impact de la forte variation de courant sur le filtre CEM est compensé par l’entrelacement. Deux prototypes d’un convertisseur AC/DC bidirectionnel de 3.3 kW sont présentés, les résultats théorique et pratique sont analysés.
Pour augmenter la densité de puissance du system, un filtre actif de type “Buck” est étudié. La procédure d’optimisation est adaptée à partir de la procédure implémentée pour le convertisseur AC/DC. L’approche utilisée, mène à un convertisseur opérant également en ZVS durant une période compète du réseau, et ce, à fréquence de commutation fixe. Les technologies sélectionnées, condensateur céramique et inductance compatible avec la technologie PCB sont favorable à l’intégration et sont implémenté sur le prototype.

Mots-clé :
Procédure d’optimisation, front de Pareto, Power Factor Corrector, filtre actif, intégration, modulation, composants grand Gap, commutation douces, CEM