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).

Avec l'objectif d'améliorer le rendement des lampes à excimères (Excilampe) à décharge à barrière diélectrique (DBD), un convertisseur en mode de courant, qui permet un ajustement précis de la puissance électrique injectée dans ce type des lampes, à été conçu et mis en oeuvre. Ce convertisseur fournit à la lampe un courant de forme d'onde carrée contrôlé au moyen de trois paramètres: l'amplitude, la fréquence et le rapport cyclique, pour obtenir un contrôle total de l'énergie électrique transmise à l'excilampe DBD. La mise en oeuvre intègre un transformateur élévateur comme interface entre la lampe et un commutateur. Les expériences démontrent le principe de fonctionnement de ce convertisseur, y compris les mesures de puissance du rayonnement UV. Les degrés de liberté du convertisseur sont utilisées pour analyser le comportement de la lampe sous différentes combinaisons de ces trois paramètres, et sont utilisés pour déterminer le point de fonctionnement optimal de la lampe. Ensuite, un convertisseur à résonance du type onduleur série, est proposé pour alimenter la lampe avec une grande efficacité électrique. Afin de contrôler effectivement la puissance de la lampe, le mode de fonctionnement de ce convertisseur utilise le mode de conduction discontinue et la commutation douce (ZCS), avec lequel on obtient aussi de faibles émissions électromagnétiques et l'on réduit les pertes de commutation. Les relations mathématiques obtenus à partir de l'analyse du diagramme de phase, ont été validées par des simulations et avec des résultats expérimentaux. Enfin, différentes topologies d'alimentations pour DBD sont comparées analytiquement et expérimentalement pour évaluer objectivement les avantages de chaque approche. Une des perspectives de ce travail est l'application de l'alimentation en créneaux pour l'étude de la performance d'autres types de réacteurs et d'excilampes DBD. / With the aim to provide a scientific tool for the enhancement of the Dielectric Barrier Discharge (DBD) Excimer Lamps (Excilamp) performance, a current-mode converter that allows an accurate adjustment of the electrical power injected into one of those lamps, is designed and implemented. With the proposed converter, the current supplied to the lamp has a square shape, controlled by means of three parameters: amplitude, duty cycle and frequency, which provides full control of the lamp electrical power. Implementation is made considering a step-up transformer interfacing the high-voltage lamp with the converter. Experiments demonstrate the operating principle of this converter, including UV power measurements for a DBD XeCl Excilamp. The capabilities of the converter are used to analyze the lamp behavior under different combinations of these three parameters, illustrating its capabilities for finding the optimal operating point. Then a series-resonant inverter for the supply of DBD) excilamp is proposed. In order to effectively control the lamp power, the operating mode of this converter combines discontinuous current-mode and soft-commutation (ZCS), obtaining as well low electromagnetic emissions, and reduced switching losses. The mathematical relationships obtained from state plane analysis, are validated with simulations and experimental results. Finally, several topologies of DBDs power supplies are compared analytical and experimentally to elucidate the advantages of each approach. After this work, one of the perspectives is the application of the square-shape supply in the performance study of other types of DBD excilamps and DBD reactors.

Les travaux présentés dans ce mémoire s'inscrivent dans une thématique nouvelle pour 1*équipe Electronique de Puissance du LEG : "l'intégration hybride des composants passifs". Us portent sur la conception de composants passifs et s'attardent sur leur modélisation, leur réalisation et leur caractensation. Ces composants seront employés au sein d'un convertisseur AC-DC à prélèvement sinusoïdal qui servira de support à notre étude. Il ressort d'une évaluation de quelques convertisseurs que la structure à résonance série se prête bien à l'intégration. Les effets des interactions électriques en haute fréquence ont été pris en compte grâce à une nouvelle formulation axisymétrique. Cette dernière couplée avec les équations de circuit électrique s'avère bien adaptée pour la caractérisation électromagnétique des composants magnétiques. Les travaux de modélisation des composants passifs, développés au LEG, ont permis de caractériser la structure LCT en prenant en compte tous les aspects utiles de son comportement. Cela a conduit, en particulier, à l'évaluation des pertes dues au diélectrique. Les mesures ont montré que la structure LCT intégrée apporte surtout une meilleure compacité.

L'utilisation directe d'hydrogène comme vecteur énergétique pour des applications embarquées doit actuellement faire face à l'absence d'infrastructure de distribution et à des difficultés technologiques liées au problème du stockage de l'hydrogène. Une étape transitoire possible avant le passage à une économie " direct hydrogène " consiste à produire l'hydrogène à bord du véhicule à partir des carburants automobiles traditionnels. Le reformage assisté par plasma hors équilibre constitue une alternative au reformage catalytique qui, bien que largement utilisé à l'échelle industrielle, reste peu adapté aux contraintes des systèmes embarqués. Ce travail s'inscrit dans le cadre de recherches menées depuis une quinzaine d'années par le Centre Energétique et Procédés de l'Ecole des Mines de Paris, dans le domaine de la conversion d'hydrocarbures par voie plasma. Il a conduit à la réalisation et à la caractérisation d'un banc d'essai de reformage assisté par plasma hors équilibre. Le développement du dispositif expérimental, constitué d'une torche plasma et de son alimentation électrique, s'est appuyé sur la mise au point de deux types de générateurs : un générateur conventionnel basé sur un transformateur haute tension et un générateur électronique original de type convertisseur à résonance qui permet le contrôle continu du courant de décharge dans des conditions de haute tension-faible courant. La caractérisation électrique du système convertisseur / torche plasma, en fonctionnement non réactif à l'air, a permis de distinguer différents régimes de décharge fortement dépendants des régimes thermiques et des paramètres d'écoulement du gaz. La modélisation du reformage de l'octane a montré, au travers d'une étude thermodynamique et d'une étude cinétique basée sur trois approches de complexité croissante, l'influence des principaux paramètres opératoires et a permis de mettre en évidence le rôle du plasma sur les réactions de reformage. Les résultats expérimentaux, en accord avec les résultats théoriques obtenus, ont été comparés aux résultats issus de la littérature. Dans une dernière partie, l'utilisation d'un procédé de reformage plasma comme composant du système global : reformeur / pile à combustible a été étudiée et quelques perspectives d'évolution de la technologie plasma ont été présentées.

Le but de cette thèse est de concevoirun chargeur de véhicule électrique avec une fortedensité de puissance car il doit être embarqué dansle véhicule. La thèse se focalise sur le deuxièmeétage du chargeur qui comporte un transformateur.Cet élément représente une part importante du volumetotal du convertisseur.Pour réaliser cela, une nouvelle technologie de transistorsest utilisée : les transistors GaN. Ces composantsinduisent des pertes par commutation plusfaibles que les transistors classiquement utilisés cequi permet d’augmenter la fréquence de découpage.Cette fréquence est un levier pour améliorer la densitéde puissance des convertisseurs. Cependant lafréquence est également responsable de pertes dansd’autres composants comme le transformateur et lesinductances. Pour augmenter efficacement cette densité, la topologie du convertisseur doit être conçuepour réduire les contraintes sur ces composants.La thèse comporte trois parties. Tout d’abord, lecomportement des transistors GaN est évalué etdifférentes topologies sont analysées pour en déduireune structure de chargeur qui minimise les pertesdans le transformateur. Ensuite, un dimensionnementcompact de transformateur est réalisé à l’aide d’uneétude paramétrique et des simulations par élémentsfinis. Enfin, un prototype de ce deuxième étage duchargeur est réalisé et testé pour évaluer ses performanceset son volume / Improvement of power density is a bigchallenge for embedded electric vehicle chargers.Goal of the study is to reduce the volume of the DCDCcharger which contains a bulky transformer. Thekey point is to use wide band gap transistors (GaN) toincrease the charger switching frequency. High switchingfrequency can improve power density but theinconvenient is the increase of switching and transformerlosses. The PhD dissertation is organized inthree steps. First step is the definition of a charger topology.This topology is optimized to reduce transformerlosses. Second part of the study is the theoreticaldesign of a high power density transformer. A completetransformer parametric model is presented withFinite Element Analysis. Third part present the prototypeand test results of the charger DC-DC. Electricalbehavior, volume and efficiency results are discussedin this part.Universit ´