Ces travaux de recherche portent sur la problématique CEM (Compatibilité Electromagnétique) en électronique de puissance. Cette étude s'intéresse particulièrement à la modélisation HF (haute fréquence) des convertisseurs d'énergie dans le but d'étudier la propagation des perturbations conduites vers le réseau avec ou sans l’utilisation du RSIL (Réseau Stabilisateur d'Impédance de Ligne). Une première partie présente les outils de modélisation des sources de perturbation dans les convertisseurs statiques.La seconde partie est consacrée à la modélisation HF d'un système d'entraînement à vitesse variable. L'onduleur de tension triphasé est représenté par trois générateurs équivalents afin de reconstituer le découpage des tensions de sortie. Un modèle HF du câble blindé de 4 conducteurs tenant compte de la dissymétrie est ensuite proposé. Les résultats de simulation ont été validés par des relevés expérimentaux. La comparaison montre qu'il est possible de modéliser correctement le comportement HF du dispositif jusqu'à 20MHz.Une troisième partie porte sur la propagation des perturbations conduites vers le réseau sans RSIL. Il a fallu pour cela déterminer et modéliser l'impédance du réseau. L'influence du pont redresseur à diodes sur la propagation des perturbations de mode commun a ensuite été étudiée. Les résultats de simulation montrent que l'impact de ces perturbations sur la tension réseau est prépondérant lorsque le pont redresseur est à l'état bloqué. Les résultats expérimentaux ont permis de valider cette étude. Ce travail se termine par une étude préliminaire sur l'association de deux convertisseurs connectés localement à une même source d'énergie / These research works focus on EMC (Electromagnetic Compatibility) in power electronics systems. Specifically, the study focuses on HF (high frequency) modeling of the power converters in order to study the conducted emissions toward the power grids with or without the use of an LISN (Line Impedance Stabilisation Network). The first part presents the modeling tools of the electromagnetic emissions sources in power converters.The second part describes the HF modeling method of an adjustable speed drive (ASD) that will be used to estimate the conducted emissions. In a first part, a behavioural model of PWM inverter is proposed as an EMI noise source. Then, a model of the shielded 4-wire energy cable that taking into account of the dissymmetry structure is proposed and validated in the frequency domain for two different lengths. The comparison of measurement and simulation results of conducted emissions (with LISN) shows the good compromise between the simulation duration and accuracy of the results.A third part is dedicated to the propagation of conducted emissions toward the power grid without using a LISN. The first stage consists in proposing a model impedance of the network impedance. The influence of the bridge rectifier diodes on the propagation paths of common mode disturbances has been studied in the second step. The simulation results show that the impact of these disturbances on the network voltage is more important when the bridge rectifier is normally off-state. The experimental results have validated this study. This work concludes with a preliminary study on the association of two converters connected locally to a single energy source

Le travail présenté dans cette thèse concerne la mise en oeuvre numérique de techniques temporelles pour des applications en compatibilité électromagnétique (CEM) impulsionnelle, essentiellement pour des études en chambre réverbérante à brassage de modes (CRBM). Prenant le contre-pied des approches fréquentielles, adaptées par nature aux études de cavités résonantes, l’idée directrice de ce mémoire a été d’étudier des moyens temporels originaux d’investigation de CRBM en vue de proposer de nouveaux paradigmes pour la caractérisation d’équipements. Originellement développé en acoustique, le processus de retournement temporel (RT) récemment appliqué aux ondes électromagnétiques permet une focalisation spatiale et temporelle de ces dernières d’autant meilleur que le milieu de propagation est réverbérant. Les chambres réverbérantes (CR) sont ainsi des endroits idéaux pour l’application du processus de RT. Après une nécessaire étude des nombreux paramètres qui gouvernent ce dernier couplée à la définition de méthodologies numériques spécifiques, les applications du RT en CRBM sont exposées. En particulier, l’intérêt d’une focalisation sélective pour des tests en susceptibilité rayonnée est démontré. L’importance des coefficients d’absorption et de diffraction des équipements en CRBM justifie leur caractérisation précise et efficace. À cette fin, la mise en oeuvre d’un calcul temporel de section efficace totale de diffraction (TSCS en anglais) est détaillée. L’application de cette nouvelle technique à différentes formes de brasseurs de modes permet au final de confronter ces résultats avec ceux obtenus à l’aide de tests normatifs CEM. / The work presented in this thesis concerns the use of time techniques for impulsive ElectroMagnetic Compatibility (EMC) applications, mainly for Modes Stirred Reverberation Chamber (MSRC) studies. Contrary to approaches from frequency domain, obviously well-fitted for studies in resonant cavities, the main idea of this thesis was to study an original time method for MSRC investigation to propose new paradigms for equipment characterization. Originally developed in acoustics, the Time Reversal (TR) process recently applied to electromagnetic waves allows focusing it both in time and space. The process quality is even higher if the propagation environment is reverberant. Thus, the Reverberation Chambers (RC) are an ideal locations for TR implementation. After a study of parameters involved in the TR process coupled with the definition of specific numerical methods, the applications of TR in MSRC are exposed. In particular, the interest of selective focusing for radiated susceptibility tests is demonstrated. The importance of absorption and diffraction coefficients for MSRC equipment justifies their accurate and efficient characterization. To this end, the implementation of a temporal calculation of the Total Scattering Cross Section (TSCS) in RC is detailed. The application of this new technique to different forms of stirrers allows finally to face these results with those obtained from standard EMC test.

Avec les progrès technologiques réalisés au cours de ces dernières décennies, la complexité et les vitesses de fonctionnement des circuits intégrés ont beaucoup été augmentées. Bien que ces évolutions aient permis de diminuer les dimensions et les tensions d’alimentations des circuits, la compatibilité électromagnétique (CEM) des composants a fortement été dégradée. Identifiée comme étant un verrou technologique, la CEM est aujourd’hui l’une des principales causes de « re-design » des circuits car les problématiques liées aux mécanismes de génération et de couplage du bruit ne sont pas suffisamment étudiées lors de leur conception.Ce manuscrit présente donc une méthodologie visant à étudier la propagation du bruit à travers les circuits intégrés par mesures et par simulations. Afin d’améliorer nos connaissances sur la propagation d’interférences électromagnétiques (IEM) et les mécanismes de couplage à travers les circuits, nous avons conçu un véhicule de test développé dans la technologie SMOS8MV® 0,25 µm de Freescale Semiconductor. Dans ce circuit, plusieurs fonctions élémentaires telles qu’un bus d’E/S et des blocs numériques ont été implémentées. Des capteurs de tensions asynchrones ont également été intégrés sur différentes alimentations de la puce pour analyser la propagation des perturbations injectées sur les broches du composant (injection DPI) et sur les conducteurs permettant d’alimenter ce dernier (injection BCI). En outre, nous proposons différents outils pour faciliter la modélisation et les simulations d’immunité des circuits intégrés (extraction des modèles de PCB, approches de modélisation des systèmes d’injection, méthode innovante permettant de prédire et de corréler les niveaux de tension/ de puissance injectés lors de mesures d’immunité conduite, flot de modélisation). Chaque outil et méthode de modélisation proposés sont évalués sur différents cas test. Enfin, pour évaluer notre démarche de modélisation, nous l’appliquons sur un bloc numérique de notre véhicule de test et comparons les résultats de simulations aux différentes mesures internes et externes réalisées sur le circuit / With technological advances in recent decades, the complexity and operating speeds of integrated circuits have greatly increased. While these developments have reduced dimensions and supply voltages of circuits, electromagnetic compatibility (EMC) of components has been highly degraded. Identified as a technological lock, EMC is now one of the main causes of circuits re-designs because issues related to generating and coupling noise mechanisms are not sufficiently studied during their design. This manuscript introduces a methodology to study propagation of electromagnetic disturbances through integrated circuits by measurements and simulations. To improve our knowledge about propagation of electromagnetic interferences (EMI) and coupling mechanisms through integrated circuits, we designed a test vehicle developed in the SMOS8MV® 0.25µm technology from Freescale Semiconductor. In this circuit, several basic functions such as I/O bus and digital blocks have been implemented. Asynchronous on-chip voltage sensors have also been integrated on different supplies of the chip to analyze propagation of disturbances injected on supply pins and wires of the component (DPI and BCI injection). In addition, we propose various tools to facilitate modeling and simulations of Integrated Circuit’s immunity (PCB model extraction, injection systems modeling approaches, innovative method to predict and correlate levels of voltage / power injected during conducted immunity measurements, modeling flow). Each tool and modeling method proposed is evaluated on different test cases. To assess our modeling approach, we finally apply it on a digital block of our test vehicle and compare simulation results to various internal and external measurements performed on the circuit

Le travail présenté dans cette thèse a pour objectif de proposer et d'évaluer les performances de différentes techniques de suppression de bruit impulsif de type asynchrone adaptées aux transmissions sur courants porteurs en lignes (CPL) indoor. En effet, outre les caractéristiques physiques spécifiques à ce type de canal de transmission, le bruit impulsif asynchrone reste la contrainte sévère qui pénalise les systèmes CPL en terme de QoS. Pour remédier aux dégradations dues aux bruits impulsifs asynchrones, les techniques dites de retransmission sont souvent très utilisées. Bien qu'elles soient efficaces, ces techniques de retransmission conduisent à une réduction de débit et à l’introduction de délais de traitement supplémentaires pouvant être critiques pour des applications temps réel. Par ailleurs, plusieurs solutions alternatives sont proposées dans la littérature pour minimiser l'impact du bruit impulsif sur les transmissions CPL. Cependant, le nombre de techniques, qui permettent d'obtenir un bon compromis entre capacité de correction et complexité d'implantation reste faible pour les systèmes CPL. Dans ce contexte, nous proposons dans un premier temps d'utiliser un filtre linéaire adaptatif : le filtre de Widrow, nommé aussi ADALINE (ADAptive LInear NEuron), que nous utilisons comme méthode de débruitage pour les systèmes CPL. Pour améliorer les performances du débruitage effectué à l'aide d'ADALINE, nous proposons d'utiliser un réseau de neurones (RN) non linéaire comme méthode de débruitage. Le réseau de neurones est un bon outil qui est une généralisation de la structure du filtre ADALINE. Dans un deuxième temps, pour améliorer les performances du débruitage par un réseau de neurones, nous proposons un procédé d'annulation du bruit impulsif constitué de deux algorithmes : EMD (Empirical Mode Decomposition) associé à un réseau de neurones de type perceptron multicouches. L'EMD effectue le prétraitement en décomposant le signal bruité en signaux moins complexes et donc plus facilement analysables. Après quoi le réseau de neurones effectue le débruitage. Enfin, nous proposons une méthode d'estimation du bruit impulsif utilisant la méthode GPOF (Generalized Pencil Of Function). L'efficacité des deux méthodes, EMD-RN et la technique utilisant l'algorithme GPOF, est évaluée en utilisant une chaîne de simulation de transmission numérique compatible avec le standard HPAV. / The aim of our thesis is to propose and to evaluate the performances of some asynchronous impulsive noise mitigation techniques for transmission over indoor power lines. Indeed, besides the particular physical properties that characterize this transmission channel type, asynchronous impulsive noise remains the difficult constraint to overcome on power lines communications (PLC). Usually, the impact of asynchronous impulsive disturbances over power lines is partly compensated by means of retransmission mechanisms. However, the main drawbacks of the use of retransmission solutions for impulsive noise mitigation are the bitrate loss and the induced time delays that may be prohibitive for real-time services. Although several other countering strategies are proposed in the literature, only very few of them have a good compromise between correction capability and implementing complexity for PLC systems. In this context, we proposed an adaptive linear filter, the Widrow filter, also known as ADALINE (Adaptive LInear neurons), as a denoising method for PLC systems. To improve the performance of the denoising method using ADALINE, we proposed to use a neural network (NN) as a nonlinear denoising method. The neural network is a good generalization of the ADALINE filter. In a second step, to improve the performances of denoising by NN, we proposed a combined denoising method based on EMD (Empirical Mode Decomposition) and MLPNN (Multi Layer Perceptron Neural Network). The noised signal is pre-processed by EMD which decomposes it into signals less complex and therefore more easily analyzed. Then the MLPNN denoises it. Finally, we proposed an asynchronous impulsive noise estimation method using the GPOF method (Generalized Pencil Of Function). The performances of the two methods, EMD-MLPNN and GPOF technique, are evaluated using a PLC transmission chain compatible with the HPAV standard.

Le brouillard électromagnétique dans lequel nous vivons en permanence estaujourd’hui montré du doigt car, outre les risques sanitaires qu’il pourrait engendrer, illimite l’usage de certaines technologies. L’importance des interférences entre réseauxsans fil, ou la peur du piratage sur ces mêmes réseaux, en sont deux exemples. Cetravail de thèse vise à développer un nouveau moyen de protection contre certaines deces ondes électromagnétiques. Plus spécifiquement, ce travail se focalise sur unetechnologie capable de filtrer uniquement les ondes WiFi et GSM à travers de grandessurfaces d’une habitation, comme un mur. Pour ce faire, la fonctionnalisation d’uncomposant standard des bâtiments, le papier-peint, a été étudié.L’utilisation de surfaces sélectives en fréquence a été retenue. Ces motifs sontdirectement imprimés sur du papier à l’aide d’encre conductrice et de la techniqued’impression flexographique. L’étude s’est également portée sur la réalisation de motifsde filtrage innovants. Les résultats de simulation montrent qu’ils sont capables de filtrerdeux ou trois bandes, qu’ils sont quasiment insensibles à la polarisation et à l’angled’incidence dans une plage allant de 0° à ± 80°. Le travail a ensuite permis dedémontrer la faisabilité pratique de ce concept aux stades laboratoire et industriel.Ensuite, nous avons démontré expérimentalement l’efficacité de ce concept dans lesbandes WiFi. La transmission atteint alors -30 dB. Enfin, une validation expérimentaledu produit en situation réelle a été menée, à savoir la pose du papier-peint sur du plâtre,du bois, l’influence de la colle ou encore la pose d’une couche de papier-peint décoratifpar-dessus le produit.En conclusion, les résultats pratiques obtenus confirment les résultats théoriquesestimés et, permettent à ce nouveau concept, appelé métapapier, d’être suffisammentefficace pour permettre la réduction des ondes WiFi ou GSM. / The electromagnetic smog in which we live today is nowadays a real issue because it limits the use of certain technologies and also because there are some potential health risks associated with it, even if the latter is still a controversial subject. The importance of the interferences between wireless networks or the possibility of data hacking on the same networks are two examples. The aim of this thesis is to develop a new way to protect buildings against some of these electromagnetic waves. More specifically, this work focuses on a technology able to filter only the WiFi and the GSM waves through large areas of a home, like a wall for example. To do this, the functionalization of a standard component of buildings, the wallpaper, was studied. The use of frequency selective surface (FSS) was chosen. These patterns are printed directly on paper with a conductive ink printing technology: the flexography. The study also focuses on the realization of innovative filter designs. Simulation results show that these novel FSS are able to filter two or three bands. They are almost insensitive to the polarization and to the angle of incidence in the range of 0° to ±80°. The realization feasibility of this concept in a laboratory or in industrial conditions was demonstrated. Next, an experimental demonstration of this concept in the WiFi bands was carried out. In this context, the transmission coefficient was reached -30 dB. Finally, an experimental validation of the product in real conditions of use was conducted, namely the wallpaper was put over plasterboards or over wood panels. Also, the influence of the glue on the general performances and the placement of a decorative wallpaper over the FSS wallpaper were studied. In conclusion, the practical results obtained confirm and validate the theoretical predictions of this new concept, called metapaper, and show that the practical realizations are efficient enough to allow the reduction of WiFi or GSM signals.

L’utilisation d’une chambre réverbérante pour modéliser un canal de communication<p>sans fil a récemment été proposée. La chambre réverbérante est une cavité<p>métallique fermée dans laquelle se trouve une pale mécanique en mouvement<p>permettant de modifier les conditions aux limites et d’ainsi obtenir en moyenne<p>une répartition uniforme des champs. Cette cavité métallique fermée présente de<p>nombreux avantages pour modéliser un canal de communication. Citons principalement<p>le fait que l’environnement est reproductible grâce au mouvement de<p>la pale.<p>L’étude détaillée du canal de communication sans fil à l’intérieur de cet environnement<p>est le sujet de cette thèse. Nous développons à la fois une approche<p>théorique et expérimentale (dans 3 chambres réverbérantes différentes). En particulier,<p>on caractérise ce canal dans les dimensions temporelles, fréquentielles<p>et spatiales afin de dériver ensuite un modèle de canal. Nous nous intéressons en<p>particulier aux systèmes sans fil multi-antennes car ceux-ci exploitent les trois<p>dimensions (temps, fréquence, position).<p>Ensuite, nous comparons l’environnement en chambre réverbérante au cas d’un<p>environnement confiné, à savoir une voiture. Nous testons également une chaîne<p>complète de transmission OFDM et SC-FDE sur base du modèle de canal en<p>chambre développé dans cette thèse.<p>Enfin, nous présentons un nouveau système de test composé de deux chambres<p>réverbérantes couplées à l’aide d’un guide d’ondes dont les dimensions transverses<p>peuvent être changées. Grâce à ce guide d’ondes, le degré de liberté du<p>canal multi-antennes peut être contrôlé. / Doctorat en sciences appliquées / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Ce travail de recherche porte sur l’étude de l’effet du vieillissement par fatigue électrothermique sur la compatibilité électromagnétique des composants de puissance à base de carbure de silicium. Il est axé sur deux grandes parties ; une partie expérimentale et une autre plus orientée modélisation. Sur le plan expérimental, cette thèse étudie l’effet du vieillissement des transistors à base de carbure de silicium utilisés dans les convertisseurs statiques sur les perturbations électromagnétiques générées par ces convertisseurs. La deuxième partie porte sur la modélisation de ces transistors afin d’émuler l’effet de leur vieillissement sur les perturbations électromagnétiques des modules qu’ils composent. Cette dernière étape repose sur une étude de l’évolution des caractéristiques électriques statiques et dynamiques effectuées sur le composant sous test pour extraire les principaux paramètres intrinsèques du transistor de puissance dégradé après les séries de stress appliquées. En effet, ces paramètres intrinsèques dégradés émulent l’effet du vieillissement et sont représentatifs des principaux phénomènes pouvant influencer les convertisseurs de puissance étudiés. De ce fait, le changement de leurs valeurs dans le modèle du dit composant, décrit en VHDL-AMS et implémenté sur le simulateur de type circuit ANSYS SIMLORER, nous permet d’obtenir un modèle d’un tel composant après vieillissement. Cette étape a permis de valider la méthodologie développée pour la simulation des perturbations électromagnétiques conduites d’un composant sain dans un premier temps et d’un composant vieilli dans un second. Globalement, cette approche de modélisation innovante développée dans ce travail permet d’aider les concepteurs des convertisseurs statiques à prédire les perturbations électromagnétiques conduites avant et après vieillissement sans passer par la mesure et ses points faibles. Ceci apporte des informations complémentaires sur l’évolution des signatures CEM de tels modules durant sa durée de vie et d’estimer donc le risque lié au vieillissement des composants. / This research work focuses on the electrothermal aging effect on the electromagnetic compatibility of power components based on silicon carbide SiC. It focuses on two major parts ; an experimental part and another more oriented modelization. Experimentally, this thesis studies the aging effect of SiC transistors used in static converters on the electromagnetic interferences EMI generated by these converters. The second part deals with the modeling of these transistors in order to emulate the effect of their aging on the EMI of the modules they compose. This step made it possible to validate the methodology developed for the simulation of the conducted EMI of a healthy SiC MOFSET at first and of an aged SiC MOSFET in a second time. Overall, this innovative modeling approach developed in this work helps the designers of static converters to predict the conducted EMI before and after aging without going through the measurement. This provides additional information on the evolution of the EMC signatures of such modules during its lifetime and thus to estimate the risk associated with the aging of the components.

Le contexte d’étude est celui de la Compatibilité ÉlectroMagnétique (CEM). L’objectif de la CEM est, comme son nom l’indique, d’assurer la compatibilité entre une source de perturbation électromagnétique et un système électronique victime. Or, la prédiction de ces niveaux de perturbation ne peut pas s’effectuer à l’aide d’un simple calcul analytique, en raison de la géométrie qui est généralement complexe pour le système que l’on étudie, tel que le champ à l’intérieur d’un cockpit d’avion par exemple. En conséquence, nous sommes contraints d’employer des méthodes numériques, dans le but de prédire ce niveau de couplage entre les sources et les victimes. Parmi les nombreuses méthodes numériques existantes à ce jour, les méthodes Multi-Domaines (MD) sont très prisées. En effet, elles offrent la liberté aux utilisateurs de choisir la méthode numérique la plus adaptée, en fonction de la zone géométrique à calculer. Au sein de ces méthodes MD, la « Domain Decomposition Method » (DDM) présente l’avantage supplémentaire de découpler chacun de ces domaines. En conséquence, la DDM est particulièrement intéressante, vis-à-vis des méthodes concurrentes, en particulier sur l’aspect du coût numérique. Pour preuve, l’ONERA continue de développer cette méthode qui ne cesse de montrer son efficacité depuis plusieurs années, notamment pour le domaine des Surfaces Équivalentes Radar (SER) et des antennes. L’objectif de l’étude est de tirer profit des avantages de cette méthode pour des problématiques de CEM. Jusqu’à maintenant, de nombreuses applications de CEM, traitées par le code DDM, fournissaient des résultats fortement bruités. Même pour des problématiques électromagnétiques très simples, des problèmes subsistaient, sans explication convaincante. Ceci justifie cette étude. Le but de cette thèse est de pouvoir appliquer ce formalisme DDM à des problématiques de CEM. Dans cette optique, nous avons été amenés à redéfinir un certain nombre de conventions, qui interviennent au sein de la DDM. Par ailleurs, nous avons développé un modèle spécifique pour les ouvertures, qui sont des voies de couplage privilégiées par les ondes, à l’intérieur des cavités que représentent les blindages. Comme les ouvertures sont, en pratique, de petites dimensions devant la longueur d’onde, on s’est intéressé à un modèle quasi-statique. Nous proposons alors un modèle, qui a été implémenté, puis validé. Suite à ce modèle, nous avons développé une méthode originale, basée sur un calcul en deux étapes, permettant de ne plus discrétiser le support des ouvertures dans les calculs 3D. / The context of the study is the ElectroMagnetic Compatibility (EMC). Principal aim of the EMC is to ensure the compatibility between an electromagnetic perturbance source and an electronic device victim. Unfortunately, the perturbation levels prediction can not be made using an analytic formula, because the geometry which is generally complex for the interesting system, for example the field inside an aircraft’s cockpit. Therefore, we are contrained to use numerical methods, to be able to evaluate this coupling level between sources and victims. Among several existing numerical methods, Multi-Domains (MD) methods are very interesting. They offer to users the freedom to choose the most powerfull numerical method, in terms of the geometrical zone evaluated. With the MD methods, « Domain Decomposition Method » (DDM) has the avantage of decouplingeach of theses areas. Therefore, DDM is very interesting, compared to other methods, in particular on the numerical cost. ONERA keeps on developing this method, which has not stop showing his efficiency since several years, in particular in Radar Cross Section (RCS) and antennas. The objective of this study is to take the benefits of this method for EMC problems. Up to now, several EMC applications treated by the DDM code provided results strongly noisy. Even for with very simple electromagnetic cases, some problems remained without convincing explanations. This justifies this study. The aim of this thesis is to can be able to apply DDM formalism to EMC problems. Then, we have been induced to redefine a number of conventions which are involved in the DDM. Otherwise, we have developed a specific model for the apertures which are privilegied tracts of the coupling by the penetration of waves inside cavities (shieldings). As the apertures have in practice smaller dimensions compared to the wavelength, we have been interested to a quasistatic model which was developped, implemented and validated. Following this model, we have developed an original method, based on a two step calculation, able to do not discretize the apertures support in 3D computations.