Soutenance de thèse, Idriss NACHETTE, 8 juillet 2026

Conception optimale d’inductances planar basées sur des technologies PCB (Printed-Circuit Board) et des matériaux magnétiques hétérogènes

Mercredi 08 juillet 2026 à 10h30
Bâtiment ESPRIT Cité scientifique 59651 Villeneuve d’Ascq cedex FRANCE, Atrium

Mots-clés Composants magnétiques, Pertes Cuivre HF, Enroulements PCB, Conception optimale, Electronique de Puissance

Résumé

Les composants magnétiques haute fréquence (HF), tels que les inductances, sont essentiels au bon fonctionnement des convertisseurs statiques. Avec l’émergence des composants semi-conducteur à grand-gap, notamment le SiC et le GaN, les composants magnétiques apparaissent désormais comme un verrou technologique à lever pour améliorer les performances de ces convertisseurs, en particulier en termes de densité de puissance et de rendement. Cette thèse porte sur la conception d’inductances planar optimisées pour des applications DC/DC HF à fort courant, potentiellement soumises à une ondulation importante. Deux solutions technologiques sont étudiées afin de réduire les pertes cuivre. La première consiste à utiliser des matériaux à faible perméabilité en remplacement de l’entrefer. La seconde repose sur des enroulements hybrides, permettant de séparer les composantes continues et haute fréquence du courant afin de limiter les pertes. Par ailleurs, des modèles et une méthodologie de conception dédiés à ces inductances sont développés. Les modèles de pertes cuivre S2DM et M2DM sont d’abord proposés, puis améliorés à l’aide d’une approche semi-analytique. Ils sont ensuite intégrés dans une méthode de conception basée sur des contraintes, permettant de réduire le nombre de solutions à évaluer. Cette approche s’appuie sur des modèles analytiques électromagnétiques, de pertes et thermiques. La démarche débute par une phase de prédimensionnement, suivie d’une étape de sélection des solutions potentielles. Cette méthodologie permet une exploration efficace de l’espace de conception, réduit le temps global de dimensionnement et garantit des inductances compactes, respectant l’ensemble des contraintes tout en minimisant les pertes.

Summary

High-frequency (HF) magnetic components, such as inductors, are essential for the proper functioning of static converters. With the emergence of wide-bandgap semiconductor components, particularly SiC and GaN, magnetic components now appear as a key technology for improving the performance of these converters, especially in terms of power density and efficiency. This thesis focuses on the design of optimized HF planar inductors for high-current in DC/DC converters with significant current ripple. Two technological solutions are investigated to reduce copper losses. The first involves using low-permeability materials to replace the airgap. The second relies on hybrid windings, allowing the separation of the DC and HF current components to limit copper losses. Furthermore, models and a design methodology dedicated to these inductors are developed. The S2DM and M2DM copper loss models are first proposed and then improved using a semi-analytical approach. These models are then integrated into a constraint-based design method, reducing the number of required solutions. This approach relies on analytical electromagnetic, loss, and thermal models. The process begins with a preliminary sizing phase, followed by a potential solution selection stage. This methodology enables efficient exploration of the design space, reduces overall sizing time and ensures compact inductors that meet all constraints while minimizing losses.