Pour repousser la limite des ressources énergétiques des véhicules électriques, la conception d'une propulsion hybride est envisagée. Pour cette motorisation, incluant à la fois une chaîne de traction thermique classique et une chaîne de traction électrique, l'utilisation commune des ressources permet de limiter le poids, le volume et le coût du véhicule. Notre travail porte sur la mise en commun du système de refroidissement pour les deux chaînes de traction. Dans ce contexte, le refroidissement de T onduleur IGBT doit être dimensionné avec un fluide caloporteur dont la température a voisine 90 ° C. Dans la première partie de notre travail nous avons effectué le dimensionnement électrique de cet onduleur, en tenant compte des contraintes mécaniques et thermiques tout, en limitant la température de fonctionnement des IGBT à 125°C. Après avoir calculé les pertes dans les semiconducteurs, nous avons abordé le dimensionnement thermique de l'ensemble en montrant les limitations du refroidissement classique liées aux performances thermiques des interfaces module/refroidisseur et solide/fluide. Pour repousser ces deux limitations, nous avons dans un second chapitre abordé les stratégies d'amélioration du transfert thermique convectif existant entre le fluide caloporteur et les parois du refroidisseur. Différentes géométries de refroidisseurs ont été étudiées et une technique d'interface poreuse a été investiguée. Enfin dans le troisième chapitre, l'intégration de refroidisseurs dans la semelle des modules a été étudiée. Dans le quatrième et dernier chapitre, nous avons synthétisé et comparé les différentes possibilités existantes pour répondre aux besoins de cette application

Pulsed electric field (PEF) processing has been demonstrated to be an effective non-thermal pasteurization method for food-treatment applications. With this method, high voltage, short-duration pulses are applied to a chamber through which liquid food is passed. If the voltage applied and the corresponding electric field develops a potential higher than a critical trans-membrane potential, the pores expand, and the membrane of the living cell is ruptured. Due to the lower amount of energy consumed during a PEF process, the temperature of the liquid is kept much lower than as opposed to conventional pasteurization. The PEF method thus kills bacteria and other microorganisms while preserving the nutrition and taste of the liquid foods. Although the parameter responsible for inactivation is the voltage applied, for any given voltage, the conductivity of the liquid defines a current through the liquid that causes the temperature to rise. Therefore, preventing excessive heating of the liquid requires the application of an efficient waveform. According to the literature, the most efficient waveform is a square wave since the entire energy applied would be used for the inactivation process. Although some power supplies are capable of generating such a waveform, the generation of an efficient waveform that satisfies all the requirements for producing a viable product for PEF applications is still a challenging problem. In this research, a cascadable pulse generator, based on a Marx generator design, was designed and implemented in order to generate a pulsed waveform for the treatment of liquid food. IGBT switches were used to charge capacitors in parallel and to discharge them in series as a means of generating a high voltage at the output. The design was implemented and tested for two stages, generating up to 6 kV and 1.6 kA square pulses with a controllable pulse width from 1 µs to 10 µs. Up to 3 switches were connected in parallel to enhance the current capability of the system. Also investigated are ways to improve the transient time by enhancing the IGBT driver circuit. The effect of design parameters such as pulse width, voltage, and current on the temperature rise in the liquid was also studied. A variety of liquid foods with different conductivities were tested in order to confirm the functionality of the system.

Les systèmes de conversion de l'énergie électrique sont présents dans beaucoup de domaines de la vie quotidienne. On peut citer le secteur du transport, l'électronique grand public, la médecine, et la distribution de l'énergie. Une défaillance dans une application est le plus souvent ressentie comme étant liée à l'électronique. Adjoignons à cela des besoins en énergie grandissants et une évolution vers une plus grande mobilité, il devient aisé de déduire que les systèmes de conversion de l'énergie modernes doivent êtres plus compacts, plus fiables et plus performants. L'intégration en électronique de puissance est une réponse adéquate à ces problématiques tant elle vise à fiabiliser, à miniaturiser et à améliorer les performances des fonctions de conversion de l'énergie. Les travaux de recherche présentés dans cette thèse traitent de ma contribution à l'amélioration de la fiabilité et des performances d'un composant de puissance largement usité : l'Insulated Gate Bipolar Transistor. Pour cela l'association de deux IGBT aux caractéristiques différentes pour réaliser une architecture dite " faibles pertes " est présentée. Son concept est explicité, son intérêt exposé et son intégration monolithique détaillée. Dans un deuxième temps, une structure de protection monolithiquement intégrable contre les courts-circuits est dévoilée. Son fonctionnement et sa conception en vue de son intégration monolithique sont exposés.

Zielstellung dieser Arbeit ist es, Methodik und Verfahren zur Modellierung von Leistungshalbleitern zu erarbeiten, um die Verfügbarkeit und Handhabbarkeit dieser Modelle für die Schaltungsanalyse zu erhöhen. Ausgangspunkt ist eine Analyse der Anforderung und ein Vergleich mit den gegebenen ökonomischen und fachlichen Möglichkeiten. Im Ergebnis wird ein hierarchischer Aufbau von Verhaltensmodellen befürwortet. Die zur Modellrealisierung benötigten Techniken werden vorgestellt. Das erarbeitete Verfahren zur verhaltensbeschreibenden Modellierung erfordert eine am Modellumfang orientierte Wahl der Beschreibungssprache und zeichnet sich durch Verwendung von Datenblattangaben zur Parametrisierung und geringem Simulationszeitbedarf der Modelle aus. Für diskrete Einzelhalbleiter werden physikalisch interpretierbare Ersatzschaltungen auf Grund ihrer hoher Anschaulichkeit und der erreichbaren Portabilität der Modelle bevorzugt, komplexere Modelle mit Steuer- und Schutzeinrichtungen sind mit Zustandsbeschreibungen zu kombinieren. Der allgemeingültige Ansatz ist auf beliebige Leistungshalbleiter anwendbar und wird ausführlich anhand des IGBT, von Smart-Power-Elementen und anderer Bauelemente dargelegt.

Les progrès technologiques réalisés en matière d'interrupteurs semiconducteurs de puissance, ont conduit au début des années 80, à l'apparition du transistor bipolaire à grille isolée, plus couramment désigné sous l'abréviation IGBT. Etant donnés les niveaux de puissance que ces composants sont aujourd'hui aptes à commuter, une protection contre les défauts devient nécessaire. Un fusible rapide associé au composant permet d'éviter l'explosion du boîtier en cas de court-circuit, et ainsi de garantir la sécurité des personnes et des divers composants à proximité. Une étude du comportement de l'IGBT en régime de court-circuit a été entreprise afin d'évaluer une valeur caractéristique de l'explosion, et de dimensionner précisément le calibre du fusible. L'intégration d'un fusible dans un convertisseur à IGBT passe en premier lieu par l'étude des perturbations générées par le convertisseur sur le fusible. Ces perturbations, associées aux effets de proximité, se traduisent par une répartition déséquilibrée des courants entre des fusibles en parallèle ou même entre les éléments fusibles. Ainsi, nous nous sommes attachés à élaborer un modèle électrothermique du fusible permettant de calculer la répartition des courants et la température des éléments fusibles. Ce modèle permet de définir des abaques, en liaison avec un critère thermique de bon fonctionnement des fusibles. En second lieu, nous avons analysé les perturbations engendrées par le fusible sur le convertisseur. Celles-ci se traduisent principalement par l'introduction d'une inductance supplémentaire dans le circuit, laquelle pouvant être néfaste au fonctionnement du convertisseur. Nous avons proposé quelques règles de conception permettant de réduire l'inductance rajoutée.

Pulsed electric field (PEF) processing has been demonstrated to be an effective non-thermal pasteurization method for food-treatment applications. With this method, high voltage, short-duration pulses are applied to a chamber through which liquid food is passed. If the voltage applied and the corresponding electric field develops a potential higher than a critical trans-membrane potential, the pores expand, and the membrane of the living cell is ruptured. Due to the lower amount of energy consumed during a PEF process, the temperature of the liquid is kept much lower than as opposed to conventional pasteurization. The PEF method thus kills bacteria and other microorganisms while preserving the nutrition and taste of the liquid foods. Although the parameter responsible for inactivation is the voltage applied, for any given voltage, the conductivity of the liquid defines a current through the liquid that causes the temperature to rise. Therefore, preventing excessive heating of the liquid requires the application of an efficient waveform. According to the literature, the most efficient waveform is a square wave since the entire energy applied would be used for the inactivation process. Although some power supplies are capable of generating such a waveform, the generation of an efficient waveform that satisfies all the requirements for producing a viable product for PEF applications is still a challenging problem. In this research, a cascadable pulse generator, based on a Marx generator design, was designed and implemented in order to generate a pulsed waveform for the treatment of liquid food. IGBT switches were used to charge capacitors in parallel and to discharge them in series as a means of generating a high voltage at the output. The design was implemented and tested for two stages, generating up to 6 kV and 1.6 kA square pulses with a controllable pulse width from 1 µs to 10 µs. Up to 3 switches were connected in parallel to enhance the current capability of the system. Also investigated are ways to improve the transient time by enhancing the IGBT driver circuit. The effect of design parameters such as pulse width, voltage, and current on the temperature rise in the liquid was also studied. A variety of liquid foods with different conductivities were tested in order to confirm the functionality of the system.

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The aim of the diploma thesis is to theoretically design and to put the mains power supply module for two-axis servo amplifier TZG 560 with the total power 28kW for the company TG Drives into practice. The analytical design of the power part with the braking circuit, the calculation of power components’ heat balance, EMI filter design and realization of measuring, controlling and indication circuits are described in the thesis. In addition, the mechanical device construction, structure of the controlling program and the results obtained in the verification process of the module functionality are presented.

This diploma thesis is focused on synthetic loads, especially electronically controlled loads. The thesis analyse principles of mechanically and electronically controlled loads and theirs operation modes. The paper also carried out a search of AC loads available on the market. The parameters of the AC load were based on the requirements provided by client. The functionality of the designed load is verified by simulation. The thesis continues with realization of the designed schematics and bringing the load to function. At the last section of the thesis are detail parameters of the designed load verified by measurement.

Tento projekt zkoumá vybrané způsoby implementace víceúrovňových měničů do praxe. V předložené práci je do hloubky prezentována tzv. ANPC (Active Neutral Point Clamped) pětiúrovňová topologie. Autor se v práci zaměřuje zejména na návrh technického řešení experimentálního vzorku a implementaci řídicích algoritmů jako jsou aktivní řízení napětí na pomocném kondenzátoru nebo aktivní balancování vstupního kapacitního děliče. Pro aplikaci zmíněných struktur byl vybrán moderní digitální integrovaný obvod, který slučuje mikroprocesor a FPGA do jednoho systému. Výsledný měnič umožňuje autonomní provoz a umožňuje generovat přesné a stabilní výstupní napětí.