La place des convertisseurs analogique-numérique (CAN) dans une chaîne de traitement du signal est particulièrement importante car elle conditionne les performances globales du système. Le partitionnement entre les modes de traitement analogique et numérique est en effet très dépendant de leurs caractéristiques de résolution, de vitesse et de consommation. Les architectures de convertisseurs de type flash, pipeline et sigma delta couvrent bien l'espace résolution-vitesse des applications de communications et sont étudiées en détail dans cette thèse. L'exploration de l'espace de conception par une simulation électrique n'est pas réaliste pour un bloc tel qu'un CAN étant donné le temps de simulation très important qu'il nécessiterait. Nous proposons la simulation rapide de ces architectures à partir d'un ensemble de classes C++ avec différents niveaux d'abstraction. Le premier niveau exploite un modèle linéaire du modulateur sigma delta issu de la simulation. Il a été utilisé pour l'optimisation des coefficients sous des contraintes d'excursion réduite des états d'intégrateur. Les performances dynamiques sont les plus délicates à évaluer étant donné leurs fortes dépendances avec la technologie. Une méthode d'exploration, basée sur un modèle comportemental du transfert de charge dans les circuits à capacités commutées, a été développée. Elle a été appliquée à différentes configurations de convertisseurs sigma-delta et pipeline pour déterminer les solutions les plus efficaces du point de vue de l'énergie de conversion.

Les Alimentations Sans Interruption (ASI) ont pour rôle de protéger les charges sensibles. Leur utilisation nécessite l’usage de convertisseur de puissance AC/DC triphasé abaisseur et/ou élévateur de tension. Les ASI utilisent généralement une chaîne de conversion DC/DC+DC/AC ayant un rendement aux alentours de et sont souvent employées de façon continue. L’objectif de cette thèse est donc d’étudier un convertisseur DC/AC triphasé réversible en puissance susceptible de fonctionner en abaisseur et en élévateur de tension pour atteindre un rendement souhaité de 98% avec un minimum de 97,5%. L’étude s’oriente vers des architectures de convertisseurs peu conventionnelles, l’utilisation de semi-conducteurs grand gap (SiC) et de composants passifs à faible pertes. Une méthode de comparaison rapide qui est à la fois analytique et numérique est présentée pour dimensionner ces architectures en se basant sur les caractéristiques fournies par les constructeurs. La solution ‘Gradateur Onduleur Différentiel’ a été jugée comme la plus adaptée à nos besoins. Les choix techniques pour ce convertisseur sont détaillés, puis une étude de faisabilité présentée. Le convertisseur retenu est non linéaire et sa commande utilise des principes de fonctionnement atypiques, différentes stratégies de régulation sont donc présentées. Des tests sont effectués pour valider la commande mise en place et réaliser les essais fonctionnels et mesures de rendement. Enfin les résultats sont comparés aux prévisions et la solution proposée est finalement globalement comparée à la chaîne de conversion AC/DC+DC/DC classique.

La correction du facteur de puissance a été récemment introduite dans les convertisseurs pour remplacer le filtrage passif en amont des convertisseurs et pour répondre aux nouvelles normes en vigueur. La correction de facteur de puissance dite mono-étage a succédé à celle en deux étages qui est caractérisée par un coût et un volume élevés. Cette étude vise deux types d'applications. Les applications à faible puissance (300 W) sous une tension d'alimentation de 230 Veff et une tension de 54 V en sortie. Pour des raisons de coût et de volume, les structures asymétriques Flyback et Sepic sont des solutions répondant au cahier des charges et qui restent incontournables. U ressort également de cette étude, que si les contraintes du convertisseur à résonance série fonctionnant en conduction discontinue sont acceptables, alors ce dernier peut aussi répondre au cahier de charge. Le second type d'applications visées par cette étude concerne la moyenne puissance (3 kW) avec une tension de 150 V en sortie. Dans ce cadre, seules les structures symétriques à résonance à commutateur de courant ou à onduleur de tension sont susceptibles de répondre au cahier des charges. Pour la seconde catégorie, et en vue d'une généralisation, une discussion sur la nature du circuit résonant est faite pour étudier le prélèvement sinusoïdal. En évaluant les avantages et les inconvénients de chaque structure, deux convertisseurs ont été retenus et les prototypes réalisés ont montré un bon facteur de puissance et le respect de la norme en vigueur (EN 61000-3-2).

L'énergie photovoltaïque connaît actuellement un fort développement. Après être restée pendant de longues années un moyen de production anecdotique (site isolé) le photovoltaïque devient aujourd'hui une source d'énergie connectée au réseau, en compétition avec les sources conventionnelles. Ce développement concerne principalement les installations de moins de 3kWc (90% des installations françaises). L'augmentation du nombre de ces centrales de petites puissances au coeur des bâtiments (intégré au bâti) met en exergue les problèmes d'ombrages et peu fortement limiter la production. C'est dans ce contexte de maximisation de la production PV et de changement des fonctionnalités que cette thèse explore les topologies de champs PV (générateurs PV + électronique de puissance) pouvant répondre à ces nouvelles exigences.

Les enjeux énergétiques liés à la qualité de la distribution de l'énergie électrique nécessitent le développement des dispositifs de filtrage actif des réseaux électriques. L'objectif de la thèse est d'utiliser un convertisseur multicellulaire afin d'obtenir une source de courant avec une très bonne bande passante (pour compenser les courants perturbateurs). Une commande directe et prédictive est appliquée à un onduleur multicellulaire à 4 niveaux. Ce type de commande permet d'utiliser au mieux les avantages fréquentiels de cette structure de conversion d'énergie. L'utilisation de cet onduleur pour une application de filtrage actif se révèle très efficace au niveau de la compensation des harmoniques de courant. Un prototype expérimental, développe dans le cadre de la thèse nous permet de valider nos résultats obtenus tout d'abord en simulation.

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Les travaux présentés dans cette thèse concernent la modélisation et l'optimisation d'un ensemble Convertisseur-Machine devant fonctionner à haute vitesse. La première partie établit un état de l'art des méthodologies de conception relatives au dimensionnement optimal de systèmes d'entrainement et analyse les particularités du fonctionnement à haute vitesse. Puis, une modélisation analytique multiphysique des éléments du système est réalisée. Afin de mener une conception globalement optimale, les interactions significatives entre les éléments du système doivent être modélisées. Cela est effectué à l'aide d'une modélisation électrique fine - qui est le cœur de la caractérisation des interactions - mettant en œuvre une approche harmonique originale. Il en découle alors une modélisation des interdépendances entre onduleur et machine au niveau des pertes dans le système et de la qualité du couple. La modélisation est ensuite couplée à un algorithme génétique selon une méthodologie de conception hybride faisant intervenir des modèles analytiques puis par éléments finis. Enfin, cette démarche est appliquée au dimensionnement de deux systèmes d'entrainement dont le moteur est une MSAP à aimantation orthoradiale. Ces deux cas d'application ont été traités avec succès et ont mis en avant l'intérêt d'une approche " Système " dans la conception de systèmes d'entrainement. Par ailleurs nous avons analysé les morphologies des machines en fonction de la vitesse de rotation. Ceci a fait ressortir des capacités intéressantes de ce type de machines - pour la haute vitesse - d'un point de vue magnétique, mécanique, et des pertes au rotor.

Th. doct.-ing.--Électrotech.--Toulouse--I.N.P., 1978. N°: 15.

L'apparition de convertisseurs multicellulaires parallèles entrelacés et magnétiquement couplés a conduit ces dernières années à améliorer les performances des convertisseurs (densité de puissance, efficacité, dynamique,...). Il existe plusieurs topologies d'entrelacement qui utilisent des Transformateurs Interphases. L'objectif principal de cette étude est de trouver parmi ces topologies celles qui sont les mieux adaptées à un contexte d'intégration d'électronique de puissance pour minimiser la taille et réduire les pertes. Une première étape de modélisation a permis d'effectuer une étude comparative de quelques topologies. Un procédé de permutation des phases d'alimentation a été présenté afin de réduire les ondulations du courant de phases et les pertes ohmiques. Les résultats obtenus valident qualitativement l'avantage de la solution retenue par rapport à la solution standard. Enfin, la réalisation pratique d'un prototype de convertisseur modulaire utilisant des Transformateurs Inter-phases est abordé. Il s'agit d'un régulateur chargé d'alimenter les microprocesseurs (1,2V/100A) (Voltage Regulator Module (VRM)) à 5 modules. Les résultats expérimentaux montrent l'avantage de l'utilisation des Transformateurs Inter-phases par rapport à la solution classique.

La chaîne de réception des téléphones mobiles de dernière génération utilisent au moins deux étages de transposition en fréquence avant d'effectuer la démodulation en quadrature. La transposition en fréquence augmente la complexité du système et engendre de nombreux problèmes tels que la limitation de l'échelle dynamique et l'introduction de bruit issu de l'oscillateur local. Il est alors nécessaire d'envisager une numérisation du signal le plus près possible de l'antenne. Cette dernière permet la conversion directe d'un signal analogique en un signal numérique à des fréquences intermédiaires. Elle simplifie ainsi la conception globale du système et limite les problèmes liés aux mélangeurs. Pour cela, des architectures moins conventionnelles doivent être développées, comme la conversion analogique-numérique utilisant la modulation Sigma-Delta à temps continu. La modélisation comportementale de ce convertisseur analogique-numérique, ainsi que la conception des principaux blocs ont donc été l'objet de cette thèse. L'application d'une méthodologie de conception avancée, permettant la simulation mixte des blocs fonctionnels à différents niveaux d'abstraction, a permis de valider aussi bien la conception des circuits que le système global de conversion. En utilisant une architecture à multiples boucles de retour avec un quantificateur multi-bit, le convertisseur Sigma-Delta passe bande à temps continu atteint un rapport signal sur bruit (SNR) d'environ 76 dB dans une large bande de 20MHz. / Wireless front-end receivers of last generation mobile devices operate at least two frequency translations before I/Q demodulation. Frequency translation increases the system complexity, introducing several problems associated with the mixers (dynamic range limitation, noise injection from the local oscillator, etc.). Herein, the position of the analog-to-digital interface in the receiver chain can play an important role. Moving the analog-to-digital converter (ADC) as near as possible to the antenna, permits to simplify the overall system design and to alleviate requirements associated with analog functions (filters, mixers). These currently requirements have led to a great effort in designing improved architectures as Continuous-Time Delta-Sigma ADCs. The behavioural modeling this converter, although the circuit design of the main blocks has been the subject of this thesis. The use of an advanced design methodology, allowing the mixed simulation at different levels of abstraction, allows to validate both the circuit design and the overall system conversion. Using a multi-feedback architecture associated with a multi-bit quantizer, the continuous-time Bandpass Delta-Sigma converter achieves a SNR of about 76 dB in a wide band of 20MHz.