Ce mémoire présente le travail de thèse réalisé auprès des laboratoires LAPLACE et SATIE ainsi que les services EDYNE3 et EDYYLIC d'AIRBUS OPERATIONS. Le sujet porte sur les problèmes CEM apparaissant dans les convertisseurs de puissance embarqués à bord des futurs avions plus électriques. Le manuscrit est composé de cinq parties. La première partie, d'introduction, traite de la problématique CEM avion, la deuxième de la modélisation des éléments de la chaine de conversion DC/AC étudiée. Le troisième est composé d'une étude comparative par simulation des différentes solutions. La quatrième partie traite de la réalisation de la solution choisie et enfin le cinquième et dernier chapitre de l'étude expérimentale de celle-ci. / The studies conducted during this thesis deals with conducted EMC problems of an inverter associated to its actuator. Accurate high frequency models of every element of the DC/AC converter and actuator have been realised from measures. Then a comparative study of different topologies of converters have been led from simulations in order to determine the best solution minimising EMC current. The selected inverter was realised and the experimental results were compared to simulations validating them. Finally, a comparison of EMC filters architecture led to choose a better solution in order to avoid the increasing of mass.

M. Tech. (Engineering: Electrical, Department Electronic Engineering, Faculty of Engineering and Technology), Vaal University of Technology / The global trends towards energy efficiency have facilitated the need for technological advancements in the design and control of power electronic converters for energy processing. The proposed design is intended to make the practical implementation of converters easier. The development of a universal bidirectional galvanic isolated switch module will be used to drive any MOSFET or IGBT in any position in any topology whether the load is AC or DC. Semiconductor switches are required and are also integrated for fast switching times in power converter applications The structure of the power switch module consists of an opto-coupler which will provide an isolation barrier for maximum galvanic isolation between the control circuitry and power stage. It also consists of a high performance gate drive circuit for high speed switching applications with a floating supply. / Telkom South Africa Ltd, TFMC Pty Ltd, M-TEC, THRIP

Les dispositifs à récupération d'énergie nécessitent des convertisseurs réversibles en courant dont le circuit de commande est complexe et encombrant. Les interrupteurs auto-commutés sont une solution pour simplifier les topologies de ces convertisseurs car leurs commutations ne nécessitent ni alimentation auxiliaire, ni circuit de commande et capteur externes. Le travail mené consiste à développer, par le biais de l'intégration fonctionnelle, un interrupteur monolithique réversible en courant à auto-commutation : un thyristor dual auto-blocable. Pour réaliser cette fonction, deux architectures sont proposées : une basée sur un thyristor-MOS et une basée sur un IGBT. Les deux solutions sont étudiées à l'aide de la simulation 2D puis réalisées technologiquement. Les tests électriques des composants montrent que la première solution, intéressante d'un point de vue intégration monolithique, présente un comportement électrique très sensible aux paramètres technologiques. La deuxième solution est plus difficilement intégrable, mais son fonctionnement s'avère beaucoup moins délicat.

Les travaux présentés dans cette thèse portent sur l'étude de la fatigue thermomécanique de modules IGBT onduleurs intégrés de puissance 600V-200A destinés à des applications de traction automobile électrique et hybride. Nous avons cherché à évaluer la tenue de ces modules aux contraintes de cyclages (actif et passif) sous températures ambiantes élevées. <br />Ainsi, la première partie de cette thèse présente les tests expérimentaux réalisés en cyclage actif durant lesquels nous avons cherché à évaluer la tenue des modules IGBT (600V-200A) fonctionnant à différentes températures ambiantes (température de semelle) et différentes températures de jonction (température des puces). Afin de chercher à comprendre les mécanismes physiques mis en jeu dans la dégradation de l'assemblage, les essais ont été arrêtés rapidement dès lors qu'un indicateur de défaillance laissait supposer une initiation de processus de dégradation.<br />Dans la deuxième partie, nous nous sommes focalisés sur la tenue des brasures substrat/semelle dans des conditions de cycles thermiques passifs. Sachant qu'habituellement le facteur d'accélération retenu pour le vieillissement de ces brasures est l'amplitude des cycles thermiques, nous avons cherché dans cette partie à évaluer non seulement l'effet de l'amplitude des cycles thermiques mais aussi les niveaux des paliers haut et bas sur l'initiation des fissures dans ces brasures et leurs propagation au cours du cyclage. <br />Enfin, pour comprendre et analyser le comportement de la brasure et de l'assemblage sous les contraintes de cycles thermiques, une étude par simulation numérique est présentée dans la dernière partie. Une étude numérique effectuée sous des conditions de température similaires à celles imposées dans la partie expérimentale a permis de localiser et d'évaluer les contraintes thermomécaniques que subissent les éléments de l'assemblage. Surtout, nous donnons des éléments de réponse permettant d'établir un lien entre les paramètres thermiques du cyclage passif et les grandeurs physiques qui sont influent sur la durée de vie des brasures. Enfin, cette partie se termine sur une étude numérique dans laquelle nous avons cherché à simuler l'effet combiné des cyclages actifs et passifs sur les contraintes mécaniques au sein des modules IGBT afin de rendre compte des contraintes imposées aux modules dans une application réelle.

Ces travaux contribuent à définir une nouvelle méthodologie de caractérisation et de prévision de la sensibilité des composants de puissance de type VDMOS vis à vis de l'environnement radiatif naturel. Cette méthodologie est basée sur le test laser d'une part et sur le développement d'un logiciel de prédiction nommé MC DASIE d'autre part. La méthode de caractérisation par laser de MOS de puissance est validée à partir de la comparaison des résultats obtenus avec des accélérateurs de particules. En outre, des cartographies laser de sensibilités sont présentées et l'intérêt du laser comme outil complémentaire des accélérateurs est mis en lumière. Le développement d'une extension du logiciel de prédiction MC DASIE aux MOS de puissance permet de prédire leur sensibilité dans un environnement atmosphérique. A cette fin, des simulations TCAD sont réalisées ; elles permettent une meilleure compréhension du phénomène de Burnout ainsi que la définition de critères de déclenchement et du volume d'interaction.

A bord des véhicules électriques (VE) et Hybrides (VEH), les fonctions de tractions sont assurées par des convertisseurs électroniques de puissances. Ces derniers sont constitués de module de puissance (IGBTs ou MOSFETs). Au cours de leur fonctionnement, ces modules sont parfois soumis à de fortes contraintes électriques et thermiques qui amènent à une défaillance ou même à une destruction. Le premier objectif sera de réaliser un banc expérimentale permettant d'étudier le vieillissement des modules IGBTs en régîmes extrêmes de fonctionnement (mode de court-circuit). Ainsi, nous évaluerons les différents indicateurs de vieillissements permettant de prédire la défaillance du composant. Il sera question aussi de suivre le vieillissement ou une dégradation initié sur les composants IGBTs par thermographie infrarouge. Le second objectif sera de modéliser et simuler par éléments finis différentes structures d'IGBTs, afin de valider les modèles en fonctionnement statique et dynamique. L'avantage de l'approche multicellulaire par rapport à l'approche unicellulaire sera mis en avant.

<p>One of ABB Power Systems´s business areas is HVDC (High Voltage Direct Current) technology. HVDC is used for transmissions for both short and long distances. One of Power Systems’s products is called HVDC Light. </p><p>HVDC Light is a relatively new technology for power transmission, but have before only been used for motor drives applications. The technology is based on VSC (Voltage Source Converter) that uses a technique called PWM (Pulse Width Modulation). </p><p>There are a lot of PWM patterns that have been examined, but not in the field of power transmission where ABB Power Systems is working. </p><p>The different PWM patterns can be used for reducing switching losses or harmonics, that can cause the need of external filters to decrease or increase. </p><p>The purpose of this report is to give a general picture of the system that generates the PWM patterns. The report describes some main components in the system. T</p><p>he thesis also present amplitude spectrum from various PWM patterns - generated by signals that have been pulse width modulated with a triangle- shaped wave. </p><p>By showing the frequency-content, the decisions are eased for the engineers and technicians that are working with this kind of questions. </p><p>An analysis of different PWM patterns have been done. The kind of reference waves that generate the PWM patterns are called Dead Band PWM and Modified SPWM. </p><p>Comparisons have been done for Dead Band PWM, between harmonics and the width of Dead Band. Comparisons have been done for Modified SPWM, between: </p><p>1. fundamental frequency and modulation index. </p><p>2. different Modified SPWM and their harmonics.</p>

Dans ce rapport nous décrivons les nouvelles possibilités offertes par les algorithmes d'optimisation génétiques dans le domaine de l'électrotechnique. Après avoir analysé les différentes méthodes d'optimisation existantes, nous mettons en évidence leur points forts et leurs points faibles en les comparant sur différents cas tests. Les conclusions et les constations issues de ces confrontations nous ont guidé pour développer un algorithme d'optimisation perfonnant c'est-à-dire à la fois capable de localiser l'optimum global et peu coûteux en nombre d'évaluations de la fonction à optimiser. L'introduction d'infonnations supplémentaires concernant la "nature" des paramètres du problème traité s'est avérée fondamentale pour les algorithmes génétiques et ce point a été abordé car nous n'avons pas voulu limiter nos optimisations à un domaine bien particulier de l'électrotechnique. Les algorithmes d'optimisation mis au point ont été validés sur trois applications distinctes: - Optimisation de la forme d'un refroidisseur pour composant de puissance. - Optimisation de maillages tridimensionnels pour des logiciels éléments fInis . - Optimisation de la forme d'un dispositif électromagnétique composé de bobines supraconductrices.

L'approche de modélisation distribuée des composants bipolaires de puissance mise en oeuvre de manière compacte par la résolution de l'équation de diffusion ambipolaire sous forme de décomposition en série de Fourier constitue un excellent compromis précision des résultats/temps de simulation. La mise en oeuvre du moteur de calcul sous forme de ligne RC à paramètres variables en langage de description VHDL-AMS (IEEE 1076-1999) est présentée. La description du mécanisme de transport de charges dans les zones larges et peu dopées des composants de puissance, complétée par des modèles plus classiques des autres zones utilisées (émetteurs, région de charge d'espace ou de drift, canal MOS, couche tampon, etc...) permet de bâtir les modèles complets de diode PIN et de transistor IGBT. Ces différents modèles/sous-modèles de composants forment une bibliothèque qui permet une réutilisation aisée dans d'autres contextes et par d'autres ingénieurs et ainsi une réduction du temps et du coût de conception des systèmes. Leur implantation en VHDL-AMS dans le logiciel Questa-ADMS permet de valider leur adaptation à la simulation des circuits de l'électronique de puissance et à leur prototypage virtuel. La température, intégrée à l'heure actuelle comme paramètre pourra à court terme être gérée en tant que quantité renvoyée par des modèles thermiques compacts. La méthodologie présentée associée aux caractéristiques du langage de description choisi permet d'envisager la création de modèles de nouveaux composants, issus de l'Intégration Fonctionnelle, par simple assemblage de différents sous-modèles. La possibilité de différents niveaux de description dans l'architecture de chaque sousmodèle autorise également une utilisation optimale à toutes les étapes du processus de conception des systèmes d'électronique de puissance.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:54:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JeanPD_TESE.pdf: 2551926 bytes, checksum: 0cea6096dad85829234a17d89574bd1e (MD5) Previous issue date: 2010-07-15 / This work describes the study, the analysis, the project methodology and the constructive details of a high frequency DC/AC resonant series converter using sequential commutation techniques for the excitation of an inductive coupled thermal plasma torch. The aim of this thesis is to show the new modulation technique potentialities and to present a technological option for the high-frequency electronic power converters development. The resonant converter operates at 50 kW output power under a 400 kHz frequency and it is constituted by inverter cells using ultra-fast IGBT devices. In order to minimize the turn-off losses, the inverter cells operates in a ZVS mode referred by a modified PLL loop that maintains this condition stable, despite the load variations. The sequential pulse gating command strategy used it allows to operate the IGBT devices on its maximum power limits using the derating and destressing current scheme, as well as it propitiates a frequency multiplication of the inverters set. The output converter is connected to a series resonant circuit constituted by the applicator ICTP torch, a compensation capacitor and an impedance matching RF transformer. At the final, are presented the experimental results and the many tests achieved in laboratory as form to validate the proposed new technique / Este trabalho descreve o estudo, a an?lise, a metodologia de projeto e os detalhes de constru??o de um conversor ressonante CC/CA de alta freq??ncia usando t?cnicas de comuta??o seq?encial (sequential pulse gating), para a excita??o de uma tocha indutiva a plasma t?rmico. Esta tese objetiva mostrar a potencialidade desta nova t?cnica de modula??o e apresentar uma alternativa tecnol?gica para o projeto de conversores eletr?nicos de pot?ncia em altas freq??ncias. O conversor ressonante opera na freq??ncia nominal de 400 kHz, com pot?ncia de 50 kW, e ? constitu?do por c?lulas inversoras empregando chaves IGBTs de comuta??o r?pida. Para minimizar as perdas de comuta??o no corte, as c?lulas ressonantes operam no modo de chaveamento suave ZVS, referenciado por uma malha PLL modificada que mant?m esta condi??o est?vel apesar das varia??es de carga. A estrat?gia de comando por comuta??o seq?encial permite operar os dispositivos IGBTs no seu limite superior de pot?ncia usando as propriedades de redu??o (derating) e de al?vio (destressing) de corrente, assim como propicia um efeito de multiplica??o na freq??ncia final do conjunto de inversores. A sa?da do conversor ? conectada a um circuito ressonante s?rie formado pelo aplicador da tocha ICTP e um capacitor de compensa??o, por interm?dio de um transformador RF de adapta??o de imped?ncias. No final, s?o apresentados resultados experimentais e ensaios conduzidos em laborat?rio como forma de validar a nova t?cnica proposta