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1 GREMAN - UMR 7347 - Groupe de Recherche en Matériaux, Microélectronique, Acoustique et Nanotechnologies

Résumé : Ce mémoire présente mon activité de recherche depuis mon intégration au sein du Laboratoire de Micro-électronique de Puissance L.M.P. Mon activité de recherche est centrée sur la thématique - la compatibilité électromagnétique des convertisseurs de puissance -. L-apport de l-électronique de puissance dans ce domaine a permis de réduire la taille des alimentations, d-améliorer les rendements, de rendre plus fiable les systèmes. Le principe d-interrupteur commandé en tout ou rien présente l-avantage de réduire les pertes par conduction contrairement à l-utilisation de transistor bipolaire en fonctionnement en mode - ballast -. Le fait de fonctionner par impulsion de courant et de tension permet d-améliorer le rendement. Cependant, ces commutations apportent la présence d-harmoniques liée à la fréquence de commutation des interrupteurs. Ces commutations peuvent alors poser des problèmes de compatibilité électromagnétique. Ces problèmes peuvent s-avérer gênant pour le fonctionnement même du système qui les génère, comme pour les appareils alentours. Dans ce dernier cas, des normes sont à respecter en émission et en immunité selon le domaine d-application. Pour remédier à ces problèmes, des filtres et des blindages sont souvent ajoutés en fin de conception, qui ont tendance à augmenter le volume du convertisseur et parfois à diminuer les performances visées. Un compromis est souvent nécessaire entre performance et pertes. Le fait de veiller tout au long de la conception aux conséquences des choix technologiques sur la C.E.M. permet d-orienter pas à pas le développement du convertisseur. Cela permet également de réduire, voire de supprimer les éléments de filtrage. Dans tous les cas, les problèmes de compatibilités électromagnétiques C.E.M. sont à prendre en compte dès la conception. Mes travaux de recherche décrits dans ce mémoire, s-inscrivent dans ce contexte. Des outils de simulation CEM et un travail d-analyse sont présentés à travers un travail de conception des composants de type - relais - à faibles énergies de commande, réalisés à partir de TRIAC ou de Thyristors, lors des travaux de thèse de Ghafour BENABDELAZIZ en collaboration avec STMicroelectronics. En effet, ces composants contrôlés présentent à chaque alternance une discontinuité du courant, la source de perturbation correspondante est de même type que celle du variateur de lumière. L-étude a permis de développer différentes solutions. Dans chaque cas, pour le fonctionnement le plus défavorable, nous avons cherché à minimiser cette discontinuité de courant ainsi que les pertes, en fonction des paramètres électriques. Il s-agit là encore de trouver un compromis entre CEM et pertes. Un paramètre, à ne pas négliger lors de l-utilisation de composant de type TRIAC ou Thyristor, est que ces composants sont sensibles aux variations de tension. Cette problématique nous a conduit à une étude qualitative sur le choix du composant respectant les contraintes d-immunité. Différents paramètres importants dans les problèmes de CEM sont abordés dans ce mémoire. Le premier paramètre présenté est la commutation. L-analyse des commutations des courants de puissance est faite dans le cas d-un variateur de lumière. Ce type de convertisseur est bien connu pour parasiter entre autre les grandes ondes radio. L-étude de cette application présente la particularité de ne générer majoritairement que des perturbations électromagnétiques conduites de mode différentiel. Cela nous a conduit à étudier les paramètres sur différents interrupteurs qui peuvent modifier la forme de la commutation du courant. Nous avons cherché à optimiser la commutation par différentes méthodes et à vérifier si elle reste optimale lorsque les paramètres électriques des interrupteurs varient légèrement. La prise en compte de cette contrainte est primordiale pour éviter d-obtenir des performances électromagnétiques différentes pour deux convertisseurs identiques mais monter avec des interrupteurs de lots de fabrication différents. Nous retrouverons cette problématique dans les travaux présentés ici. Une partie de ces travaux a été abordé dans le cadre du DEA de Nicolas NOIROT en collaboration avec le laboratoire du L.A.A.S. Laboratoire d-Architecture et d-Analyse des Systèmes et une autre partie a fait l-objet de travaux de thèse Romain FERRAGUT. Ces études se sont appuyées sur des outils de simulation développés par le laboratoire. Un second paramètre important dans la CEM présenté dans ce manuscrit est les chemins de propagations des perturbations électromagnétiques. L-étude des chemins de propagations a été faite sur un convertisseur industriel. Ces travaux ont conduit au développement d-un modèle fréquentiel du convertisseur industriel, lors de la thèse de Stéphane BREHAUT et du DEA de Moustapha OULD EL BECHIR, en collaboration avec SAFT POWER SYSTEMS. Cela nous a permis d-identifier les chemins de propagation ainsi que les composants favorisant cette propagation pour un tel système. Nous avons cherché à modifier les chemins de propagation en agissant sur le comportement fréquentiel de ces composants, en modifiant le tracé électrique et en symétrisant la structure. Ces travaux ont permis d-optimiser le filtrage en amont et en aval du convertisseur, une partie de ces travaux sera présentée dans ce manuscrit. Pour finir, nous sommes intéressés plus particulièrement aux moyens de réduire les niveaux de perturbation par étalement spectral. Cette répartition de l-énergie électromagnétique sur les différentes bandes fréquentielles doit être contrôlée et être contenu dans la bande fréquentielle d-émission conduite. Cette problématique a fait l-objet de travaux d-étude en collaboration avec l-équipe EMCIS EMC in Industrial Systems de l-Université de Catalogne. Ce mémoire essaie de montrer à travers différents exemples que la prise en compte des contraintes électromagnétiques en parallèle de la mise en œuvre d-un convertisseur, permet de diminuer les volumineux filtres ajoutés généralement en fin de conception, en les positionnant plus judicieusement. Selon la complexité du système étudié et des topologies utilisées, les techniques d-investigations différentes sont présentées.

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Keywords : EMC Power supply domestic appliance

Mots-clés : CEM convertisseurs de puissance appareils domestiques





Autor: Jean-Charles Le Bunetel -

Fuente: https://hal.archives-ouvertes.fr/



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