Fiche individuelle

The embedded energy conversion systems onboard vehicles impose strong constraints on power density (low weight and volume) and robustness. Several solutions can be used to achieve these objectives which consist in acting either on the design of the static converter or on the electric machine. In this paper, we propose to act on the two systems together. Thus, the increase in the power density of the converter will be achieved by using wide band-gap semiconductor power devices like the SiC or GaN. These components are very small and able to operate at high frequency, thus reducing the dimensions of passive components and of the cooling system used. To increase the reliability of the electric machine, a multiphase PMSM is used. In this paper, the proposed design method of the integrated GaN inverter into a machine is presented. It will be used for the realization of an integrated GaN inverter into a multiphase PMSM.

The subject of this paper is to propose a new design method of EMI filters that allows to minimize the volume of the common-mode inductor with consideration of core saturation issues. One of the main results of this study shows the impact of the switching frequency on the filter insertion loss and the volume of the coupled common-mode inductor depending on the length of the shielded cable. Then, the relationship between switching frequency and optimum inductor volume is investigated. Obtained results show that, depending on the cable length, an optimal switching frequency that allows to minimize the inductor volume can be determined.

The subject of this paper is to propose a design method of the EMI filters that allows to minimize the volume of the common mode inductor with consideration of core saturation issues. Inductor volume depends not only on its inductance value, but also on the relationship between the filter and its environment which can saturate the magnetic material due to many parameters, especially when the filter resonance frequency Fr is higher than the converter switching frequency Fs. One of these parameters is the converter duty cycle D. This study explains why it is more desirable to set Fr below Fs in order to reduce the coupled inductor volume while increasing the filter performances.

EMI filters are necessary in many applications in order to meet EMC standards, which significantly increase overall cost and volume mainly because of the common-mode choke. In this paper, a new method to calculate the minimum volume of the inductor is proposed. It takes into account core saturation issues that may greatly impact inductor volume. Consequently, it is shown that in some cases, increasing the inductance up to an optimal value can significantly reduce the filter volume in addition to further enhancing filter attenuation. Besides, determination of the filter resonance frequency with nano-crystalline material is worked out to support the analysis.

Ce papier propose une nouvelle méthode pour estimer les permittivités relatives qui permettent de calculer la capacité parasite des bobines toriques utilisées dans le filtrage CEM. Cette méthode est basée sur une association d’essais expérimentaux et des simulations éléments finis 2D sur FEMM permettant de déterminer les permittivités relatives des noyaux magnétiques en prenant en compte une éventuelle anisotropie. Ensuite, ce même logiciel a été utilisé pour estimer la capacité parasite équivalente de la bobine avec une faible erreur relative indépendamment du nombre de spires.

Ce papier propose une nouvelle méthode de dimensionnement de la bobine couplée du filtre de mode commun qui minimise son volume tout en tenant compte de la contrainte de la saturation du noyau magnétique. Les résultats de simulations obtenus, validés expérimentalement, montrent que, dans certains cas, augmenter la valeur de l’inductance jusqu’à une valeur optimale permet de réduire le volume du noyau magnétique tout en améliorant les performances des filtres CEM.

Les filtres CEM sont largement utilisés dans les convertisseurs statiques afin de respecter les normes CEM, ce qui augmente considérablement le volume et le coût des installations à cause de la bobine de mode commun. Ce papier présente une nouvelle méthode qui permet de calculer le volume minimal de la bobine couplée de mode commun en tenant compte des contraintes de la saturation du matériau magnétique. Les résultats obtenus montrent que, dans certaines applications, augmenter la valeur de l'inductance jusqu'à une valeur optimale permet de réduire le volume du noyau magnétique tout en améliorant l'atténuation du filtre.

Les convertisseurs statiques utilisés en électronique de puissance sont des sources de perturbations électromagnétiques conduites dans les hautes fréquences. Souvent, le filtrage passif assure la compatibilité électromagnétique des chaînes de conversion d’énergie. Ce travail de thèse présente une méthode d’optimisation du volume de la bobine de mode commun qui est généralement l’élément le plus volumineux du filtre. Le manuscrit commence par faire l’état de l’art des perturbations électromagnétiques conduites en électronique de puissance et des moyens qui permettent leur réduction. Ensuite, un calcul analytique de l’inductance de mode commun minimale qui permet de respecter la contrainte normative est présenté. Ce calcul prend en considération la perméabilité complexe du matériau magnétique et les impédances des différents chemins de propagation des perturbations de mode commun dans la chaîne de conversion. Une fois l’inductance minimale calculée, une méthode d’optimisation du volume de la bobine de commun monocouche qui tient compte de la saturation du matériau magnétique est présentée. L’application de la méthode proposée dans diverses situations a montré l’existence d’une meilleure inductance, pouvant être supérieure à sa valeur minimale, qui permet de réduire au mieux le volume de la bobine. Par ailleurs, des règles de dimensionnement en relation avec la fréquence de commutation du convertisseur et de son rapport cyclique sont définies. La dernière partie de cette étude est dédiée à la prise en compte des effets hautes fréquences de la capacité parasite équivalente de la bobine dans la procédure de dimensionnement. D’abord, une méthode pour la détermination des permittivités relatives du noyau magnétique et pour l’estimation de la capacité parasite équivalente est proposée. Cette méthode, accompagnée d’un calcul analytique de la capacité parasite maximale autorisée, permet d’adapter la géométrie de la bobine de mode commun afin de respecter la contrainte normative dans les hautes fréquences tout en optimisant son volume.