Fiche individuelle

Inductors are required in switching power converters for energy storage. They take a large volume compared with the other components of converters because of their small energy density. Nowadays, the operating frequency of power converters increases to MHz range because of the fast switching time of the new power GaN transistors. This allows to reduce the volume of the required inductors. In this paper, a design based on the optimization of the volume of PCB inductor for GaN converter is proposed where a flexible ferrite sheet is used to realize the inductor. The proposed method takes into account the thermal issues of the ferrite sheet. The required inductance value for the GaN converter is chosen from a Losses-Volume curve.

Power electronics converters require energy storage components. The DC-DC converters need the magnetic storage components which take a large volume. The new power GaN transistors allow to increase the operating frequency of the power converter. The consequence is a reduction of the values and the dimensions of the passive components mainly the inductors. In this paper, a design method for PCB-integrated inductors is proposed. It is based on the optimization approach of inductors volume. The inductor is integrated on PCB with a flexible ferrite sheets used as magnetic material.

L'arrivée sur le marché des transistors au Nitrure de Gallium (GaN) permet l'augmentation de la fréquence de commutation des convertisseurs statiques. La conséquence directe est la réduction des dimensions des composants passifs et l'augmentation de la densité de puissance des convertisseurs. Les bobines utilisées pour le stockage et le filtrage sont des composants très volumineux et qui occupent une place importante dans les convertisseurs. Une solution permettant de réduire les dimensions de ces bobines consiste à augmenter la fréquence de fonctionnement des convertisseurs statiques grâce aux composants GaN. Les travaux de cette thèse portent sur la conception et la réalisation des bobines de stockage d'énergie, réalisées à partir de pistes de circuit imprimé (PCB) et de matériaux magnétiques souples. Ces bobines sont destinées aux convertisseurs DC-DC hautes fréquences (HF) à base de transistors GaN. Les matériaux magnétiques souples commercialisés sous forme de feuilles présentent des caractéristiques magnétiques adaptées aux applications hautes fréquences. Ainsi, elles peuvent être découpées en différentes formes géométriques. Dans le cadre de cette thèse, nous avons proposé une méthode de conception des bobines PCB à base de matériaux souples pour les convertisseurs HF. Elle est basée sur un algorithme d'optimisation du volume de la bobine en prenant compte les contraintes thermiques du matériau magnétique, mais également des capacités parasites qui apparaissent en HF. La bobine ainsi conçue est réalisée puis caractérisée afin de valider l’outil de conception proposé. La dernière étape consiste à intégrer la bobine obtenue dans un convertisseur Boost synchrone à base de transistors GaN commutant à une fréquence de 1 MHz. Dans le but de tenir compte finement des contraintes thermiques durant la phase de conception de la bobine, des améliorations sont proposées, on se basant sur les résultats de validation expérimentale.