In recent years, there is a clear trend toward increasing the demand for electric power in high-power applications. High-power converters are making major impacts on these high-power applications. Recent breakthroughs in Silicon Carbide (SiC) materials and fabrication techniques have led to the development of high-voltage, high-frequency power devices, which are at the heart of high-power converters. SiC metal-oxide semiconductor field-effect transistors (MOSFETs) have advantages over silicon (Si) devices due to their higher breakdown voltage, higher thermal capability, and lower on-state resistance. However, their fast switching frequency and high blocking voltage bring challenges to the gate-drive circuit design. The gate driver of SiC-MOSFETs requires a power supply that provides a high-voltage, high-density design, a low input-output capacitance (CI/O) transformer design, good voltage regulation, as well as good resilience to faults to enable safe and fast operation. In this thesis, a power supply that supplies multiple gate drivers for 10 kV SiC MOSFETs is presented. A transformer design approach with a single turn at the primary side is proposed. A 20 kV insulation is achieved by the primary HV cable insulation across a toroid transformer core. The CI/O is designed less than 2 pF to mitigate the Common-Mode (CM) noise. A circuit topology analysis is performed and the inductor/capacitor/capacitor/inductor (LCCL) – inductor/capacitor (LC) circuit is selected. This circuit allows Zero-Voltage Switching (ZVS) at full operation range. A Resonant-Current-Bus (RCB) is built at the transformer primary side to achieve load-independence. / Master of Science / Wide-bandgap semiconductor devices have attracted widespread attention due to their superior performance compared to their silicon devices counterpart. To utilize its full benefits, this thesis presents a complete design and optimization of a gate-drive power supply that supplies multiple gate drivers for high-voltage, high-speed semiconductor devices. Four objectives, including high density at high voltage, good noise mitigation, fair voltage regulation, resilience to faults have been achieved. During the design procedure, different topology candidates are introduced and compared, after which a resonant topology is selected. The wide-bandgap semiconductor devices are utilized to reduce the size and losses. Hardware assembly is shown and experimental testing results are provided in the end to verify the design.

Dans l’aéronautique et plus précisément dans les avions tout électrique, l’objectif visé est de réduire les masses et volumes des composants. Pour cela, les actionneurs électriques remplacent progressivement les actionneurs hydrauliques et mécaniques. Ces actionneurs électriques ont besoin d’être commandés ; le projet THOR (projet européen dans lequel s’inscrit cette thèse) vise entre autres à développer un étage de commande permettant de piloter des interrupteurs de puissance. Les interrupteurs étant situés à proximité directe de l’étage driver et les tensions de sorties pouvant atteindre 3 kV, une isolation galvanique est obligatoire. Anciennement, les optocoupleurs étaient utilisés pour assurer l’isolation galvanique dans les étages de commande. Cependant, afin de pouvoir utiliser ces composants dans un environnement thermique contraignant et assurer une meilleure intégration, les opto-coupleurs ne sont plus adaptés et sont remplacés par des transformateurs. Dans ce contexte, s’inscrivent les travaux de cette thèse où l’objectif principal est de développer, réaliser et caractériser des transformateurs planaires intégrables répondant au cahier des charges THOR. Dans un premier temps, un état de l’art sur les différentes technologies de fabrication de transformateurs planaires est établi avant de choisir la technologie et les matériaux utilisés dans ces composants. Dans un deuxième temps, on s’intéresse au choix et au dimensionnement du transformateur. Deux structures répondant au cahier des charges THOR ont été retenues et dimensionnées à l’aide d’un logiciel de simulation (HFSS) : une structure entrelacée et une structure ‘face to face’. Ces deux structures ont été réalisées et caractérisées à l’aide d’un LCRmètre en basse fréquence et d’un Analyseur Vectoriel de Réseaux (VNA) en haute fréquence. Pour les deux structures, la caractérisation a permis de vérifier les valeurs des inductances magnétisantes supérieures à 1 μH souhaitées par le projet THOR et des facteurs de couplages supérieurs à 0,9 déterminées par simulation. D’autres paramètres importants du cahier des charges ont été également extraits à savoir la capacité interbobinage où des capacités inférieures à quelques pF ont été obtenues et des résistances d’enroulement inférieures à 10 Ω ont été relevées / In aeronautics and more specifically in an all-electric aircraft, the main objective is to reduce the mass and volume of the components. For this, the electric actuators gradually replace hydraulic and mechanical actuators. These electric actuators need to be commanded; THOR project (European project supporting this thesis) aims to develop a control stage to command the power switches. The switches are located in the direct vicinity of the driver stage with an output voltage that can reach up to 3 kV hence the need for a galvanic isolation. Formerly, the opto-couplers were used to provide galvanic isolation in the control stages. However, in order to use these components in thermal constraining environment and ensure better integration, opto-couplers are no longer appropriate and are replaced by transformers. In this context, the main objective of this thesis is to develop, realize and characterize integrated planar transformers that meet the THOR specifications. At first a state of art on the different manufacturing technologies of planar transformers is established before choosing the technology and the materials used in the fabrication of our planar transformers. In a second step, we are interested in the choice and size of the transformer structure. Two structures that met the THOR specifications were selected and resized using a simulation software (HFSS). Finally, these two structures were realized and characterized using an RLC-meter at low frequency and a Vector Network Analyzer (VNA) at high frequency. For both structures, the characterization allowed to verified the magnetizing inductance greater than 1 μH desired by the THOR project and a coupling factor greater than 0,9 obtained par simulations. Other important parameters were also extracted namely the inter-winding capacity where less than few pF wasobtained and the windings resistance has been identified less than 10 Ω