Thèse: Jean Sylvio NGOUA TEU MAGAMBO, 13 Déc. 2017
Titre : Modélisation et conception de transformateurs planar pour convertisseur de puissance DC/DC embarqué
Date : Mercredi 13 décembre 2017
Heure : 11h00
Lieu : Centrale Lille, Amphi Goubet
Résumé :
Les enjeux sociétaux de ces dernières décennies constituent de nouveaux challenges pour les concepteurs de systèmes énergétiques. Ces enjeux conduisent à de nouvelles contraintes environnementales, technologiques et économiques. Dans ce contexte, les systèmes électriques et en particulier, les convertisseurs de puissance ont beaucoup évolué pour répondre à ces nouvelles exigences industrielles. Ces travaux de thèse s’inscrivent dans le cadre de l’avion plus électrique. En aéronautique, les nouvelles contraintes du réseau de bord sont d’autant plus fortes que l’on cherche à améliorer la compacité des convertisseurs de puissance, en conservant leurs performances et en respectant les différents standards imposés. Dans ces convertisseurs, les composants magnétiques sont une limitation majeure car encombrants et lourds. La technologie planar propose une réponse à cette problématique.
Le but de cette thèse était de fournir des méthodes et un outil de dimensionnement de transformateurs planar (2 et 3 enroulements) pour convertisseur DC/DC aéronautique.
Des modèles permettant le calcul des pertes, l’estimation de l’élévation de température et le calcul de la self de fuite sont, dans un premier temps, présentés et comparés afin de concevoir des feuilles de calculs pour les concepteurs. Dans un deuxième temps, une technique permettant la réduction des pertes cuivre HF par association de forme de spires différentes est étudiée. La partie plus industrielle de cette thèse est ensuite liée au développement de prototypes de transformateurs planar à 3 enroulements (sur PCB multicouches). De nombreux prototypes ont été réalisés et caractérisés, et un exemplaire a été testé dans un convertisseur de puissance pour montrer l’intérêt et les gains obtenus via l’utilisation des composants magnétiques planar.
Ces travaux s’achèvent par des perspectives liées au « tuning » de transformateurs planar, en insistant notamment sur le réglage de la valeur de la self de fuite, paramètre essentiel à maitriser pour le convertisseur DC/DC étudié.
Mots-clefs : Composants magnétiques planar, Pertes HF, inductance de fuite, PCB multicouche, modélisation,
dimensionnement, convertisseur DC/DC, avion plus électrique.
Abstract :
Since few decades, societal issues represent new challenges for energetic systems designers. They are linked to new environmental, technological and economic constraints. In this context, electrical systems, especially power converter have been improved to meet these new requirements. These thesis works deal with the More Electric Aircraft (MEA). In aeronautic applications, new constraints of onboard systems consist in increasing the power density of power converter. In these power converters, magnetic components limit the power integration. HF planar magnetic components are a solution to this limitation.
The aim of this thesis was to propose models in order to conceive efficient planar transformers for aeronautical DC/DC power converter.
Models for losses calculation, temperature rise estimation and leakage choke calculation are presented and compared to propose a design tool for engineers. In a second step, a technique allowing the reduction of the HF copper losses by association of different turns’ shapes is studied.
The industrial part of this thesis is then linked to the development of prototypes of 3-windings planar transformers (on multi-layer PCB). Numerous prototypes have been made and characterized, and one specimen has been tested in a power converter, showing the interest and the gains obtained through the use of planar magnetic components.
The Ph.D. thesis ends with future works related to the tuning of planar transformers, focusing on the tuning of the leakage inductance value, which is a key parameter for the DC/DC converter studied.
Keywords: HF planar components, HF losses, leakage inductance, multi-layer PCB, modeling, design, DC/DC
power converter, more electric aircraft.
Thèse: Julian FREYTES, 7 Déc. 2017
Thèse: Patricio LA DELFA, 15 Déc. 2017
