La conception d'un convertisseur est un travail pluridisciplinaire reposant sur effort un humain, un coût et une durée importants. Le développement des convertisseurs serait moins contraignant s'il existait une solution générique. C'est dans ce contexte que l'approche « Réseau de micro-convertisseurs » (RµC) a vu le jour. Un réseau de micro convertisseurs est composé d'un seul type de composant universel appelé aussi « cellule élémentaire » à partir duquel il est possible de répondre à n'importe quel cahier de charges par diverses associations. Les travaux de cette thèse portent sur le principe et les moyens de réalisation du réseau de micro-convertisseurs qui pourrait aboutir à une rupture technologique. Une partie importante de cette thèse est consacrée à l'optimisation de la cellule élémentaire des points de vue fonctionnels mais aussi et surtout assemblage et mise en œuvre. La réalisation d'un réseau de micro-convertisseurs reste l'objectif principal à développer pour démontrer le potentiel de cette approche. L'étude menée sur la réalisation d'un démonstrateur pour application photovoltaïque va nous montrer que cette nouvelle approche peut être compétitive par rapport aux structures existantes d'électronique de puissance pour les applications solaires et surtout que son industrialisation est possible. / For the creation of one converter in power electronics, a qualified staff in the field of the conception, the design, the production, the tests and validation has to be involved. The development of the converters would be much easier if there is one generic solution. Thus, the « network of micro-converters » is proposed. This approach is based on one universal device called “elementary cell” which represents a micro-converter. One matrix of elementary cells could be configured in such a way to correspond to every electrical specification. This thesis highlights the state of art of the network of micro-converters and focalizes on its development which could be a technological breakthrough. At first, the optimization of the elementary cells according to the standard technologies for the realization is issued. The development of one network of micro-converters remains the main objective of this work in order to demonstrate the benefits of this approach. The realization of one prototype for distributed photovoltaic system shows that it could be a competitive solution in comparison with the existing power electronics structures dedicated to solar systems.

Photovoltaic installations in urban areas operate under uneven lighting conditions. For such a system to achieve its peak efficiency, each solar panel is connected in series through a micro-converter, a dc-dc converter that performs per-panel distributed maximum power point tracking (DMPPT). The objective of this thesis is to design a compensator for the DMPPT micro-converter. A novel, systematic approach to plant modeling is presented for this system, together with a framework for characterizing the plant’s uncertainty. A robust control design procedure based on linear matrix inequalities is then proposed, which ensures robust performance and stability of the time-varying system. The proposed modeling and control design methods are demonstrated for an example rooftop photovoltaic installation. The system and the designed compensator are tested in simulations. Simulation results show satisfactory performance over a range of operating conditions, and the simulated system is shown to track the maximum power point of every panel.

Photovoltaic installations in urban areas operate under uneven lighting conditions. For such a system to achieve its peak efficiency, each solar panel is connected in series through a micro-converter, a dc-dc converter that performs per-panel distributed maximum power point tracking (DMPPT). The objective of this thesis is to design a compensator for the DMPPT micro-converter. A novel, systematic approach to plant modeling is presented for this system, together with a framework for characterizing the plant’s uncertainty. A robust control design procedure based on linear matrix inequalities is then proposed, which ensures robust performance and stability of the time-varying system. The proposed modeling and control design methods are demonstrated for an example rooftop photovoltaic installation. The system and the designed compensator are tested in simulations. Simulation results show satisfactory performance over a range of operating conditions, and the simulated system is shown to track the maximum power point of every panel.

Depuis ces années, le développement de systèmes de stockage d'énergie pour la mobilité électrique avec davantage d'autonomie de durabilité est au cœur des contraintes de développement des véhicules électriques ou hybrides entraînant une émergence de l'utilisation des systèmes de management ainsi que des circuits d'équilibrage. Les travaux de thèse portent sur la conception et la réalisation d'une nouvelle structure d'équilibrage à base du réseau de micro-convertisseurs (RµC) utilisant les matrices de connections ainsi que les stratégies de commande appropriées. L'objectif principal est de concevoir un équilibreur actif forcé de haute performance, intégrable à base de technologies d'aujourd'hui et avec une stratégie de contrôle simple à mettre en œuvre. Le mémoire de thèse se structure en quatre chapitres : approche du RµC versus l'équilibrage des batteries, conception de la structure et des stratégies d'équilibrage à base du RµC, conception et dimensionnement du système de contrôle intégrée, version intégrée de l'équilibreur-perspectives. Les premiers prototypes de l'équilibreur utilisant des composants discrets ont été mis en place afin de valider notre structure ainsi que les solutions de contrôle proposées. La réalisation des versions intégrées en se basant sur l'utilisation les technologies disponible au sein du laboratoire ouvre un avenir promettant pour les systèmes de management de batterie. / In recent years, the development of energy storage systems for electric mobility with greater autonomy of sustainability is at the heart of development constraints of electric or hybrid vehicles resulting in the emergence of the use of management systems as well as balancing circuits. The thesis focuses on the design and implementation of a new balancing based network structure of micro-inverters (RμC) using matrices connections and appropriate control strategies. The main objective is to design an active balancer forced high performance integrated based technologies of today and a simple control strategy to implement. The thesis is structured in four chapters: RμC approach versus balancing batteries, structural design and balancing based strategies RμC, design and simulation of control system built, integrated version of the balancer - perspectives. The first prototypes of the balancer using discrete components were developed to validate our structure and control solutions proposed. The realization of integrated based on using the technologies available in the laboratory versions opens a promising future for battery management systems.

Dans un contexte d'integration des dispositifs de conversion d'energie de petite puissance, le travail de these presente porte sur la realisation de micro-bobines integrees sur silicium. Les contraintes liees a ce type d'integration resident dans la mise au point, la compatibilite des procedes technologiques contribuant a la fabrication du systeme complet et le cout de fabrication. Dans un premier temps, une etude bibliographique nous a permis de faire une synthese sur les structures integrables de micro-bobines ainsi que sur les materiaux conducteurs et magnetiques et leurs techniques de depot. Une fois les objectifs fixes, notamment concernant la nature des materiaux a deposer, nous avons mis au point les depots electrochimiques et les procedes photolithographiques de resines epaisses destinees a la realisation de moules. Ces resines doivent resister a la fois a des contraintes chimiques et physiques fortes. Une premiere structure de micro-bobine de type spirale a ete dimensionnee et le processus de fabrication a ete identifie. En parallele, des motifs specifiques de forme bien definie ont ete etudies puis realises afin de caracteriser les couches deposees par electrochimie, en termes de resistivite, permeabilite et composition de l'alliage. La derniere partie de la these a consiste a appliquer ce procede de fabrication a une seconde structure de bobine dont la geometrie a ete definie dans le but de reduire le nombre d'etapes technologiques. Actuellement les premiers prototypes de ces bobines ont ete realises avec de faibles epaisseurs de materiaux. Ceci nous a permis de valider les procedes de fabrication de ces dispositifs.