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Accueil > Thèses et HDR > Thèses en 2013

18/04/2013 : An ZHOU

publié le , mis à jour le

An ZHOU soutient sa thèse le 18/04/2013 - amphithéâtre ISTIL (Doua)

Titre :

Modèle de composants passifs et couplage électromagnétique pour filtres HF de puissance - optimisation du placement

Jury :

  • Directeurs de thèse : Charles JOUBERT
  • Rapporteurs : Eric LABOURÉ ; Jean-Luc SCHANEN
  • Examinateurs : Mohamed BENSETTI ; François COSTA ; François DE DARAN ; Frédéric LAFON ;

Résumé :

Ce travail est consacré à l’étude de l’influence du couplage inter-composants sur la performance des filtres CEM. Dans un premier temps, la mise en place des équations analytiques pour un filtre LC nous a permis de mettre en évidence l’influence du positionnement des composants sur la qualité du filtre. Nous avons remarqué que la meilleure performance du filtre est obtenue dans la configuration où l’inductance mutuelle (M) compense l’inductance parasite du condensateur (ESL). Cette technique d’annulation de l’inductance parasite du condensateur par le couplage électromagnétique (M-ESL=0) constitue le socle de ce travail.
Parmi les différentes structures de filtre, nous nous sommes intéressés seulement aux filtres LC de types Γ avec des condensateurs film métallisés et des selfs bâtonnet. L’objectif final est de développer une procédure permettant à un ingénieur d’optimiser les emplacements des composants pour ce type de filtres. Afin d’atteindre cet objectif, nous avons développé une méthodologie d’optimisation de placement des composants basée sur leur modélisation 3D. Pour le condensateur, deux méthodes de modélisation 3D sont développées. Le premier modèle est constitué d’un nombre réduit de couches métallisées inspiré de la structure intérieure du condensateur film. Le deuxième modèle est constitué d’un volume unique de conducteur avec les mêmes dimensions que la partie métallisée du condensateur réel. Toutes les couches métal-diélectrique internes du condensateur sont simplifiées par un seul volume conducteur avec une résistivité du modèle calculé à partir de la mesure de l’impédance. Pour la self, la première étude a porté sur la self à air. La modélisation 3D de ces composants dépend de la connaissance des propriétés physiques et géométriques. Pour la self bâtonnet avec ferrite, la seule différence par rapport à la self à air consiste dans la bonne estimation de la perméabilité relative du matériau magnétique.
Ces modèles de condensateurs et de selfs ont été étudiés dans le cas de plusieurs configurations (« condensateur - boucle » et « self bâtonnet – boucle ») pour différents positionnements des composants. Les résultats obtenus ont montré leurs capacité de prédire à la fois les paramètres intrinsèques (ESL pour le condensateur, L pour la self) et l’inductance mutuelle(M) inter-composants.
En se basant sur les modèles 3D des composants, une procédure concrète d’optimisation d’un filtre CEM de type LC a été développée. Cette procédure a été validée expérimentalement sur un prototype constitué d’une self imprimée sur PCB et d’un filtre CEM réel de type Γ (self bâtonnet avec ferrite) intégré dans un moteur d’essuie-glace.

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