Vers une méthodologie de conception des interconnexions pour les dispositifs de l'électronique de puissance

Towards cabling design methodology of power electronics converters

• Auteur / Autrice : Christian Martin
• Direction : Jean-Luc Schanen
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'électrotechnique (Grenoble ; 1980-2006)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Ladoux, James Roudet, Robert Pasterczyk
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Patrick Austin, Hervé Morel

Résumé

Les effets néfastes voire critiques de la connectique sont bien connus des concepteurs de convertisseurs d'électronique de puissance, qui cherchent ainsi à minimiser les surtensions, les pertes et les interactions CEM. Néanmoins le dimensionnement des interconnexions reste toujours un point délicat à cause des phénomènes électromagnétiques mis en jeux difficiles à anticiper dans une phase de dimensionnement. Les dispositifs actuels, de plus en plus complexes, ne peuvent plus se satisfaire d'une approche classique basée sur l'expérience et le bon sens des concepteurs. Dans un premier temps un modèle générique du câblage basé sur les entrées/sorties a été proposé. La génération automatique de ce modèle à partir du logiciel InCa (Inductance Calculation) vers les simulateurs circuit (Saber, P-Spice) constitue une avancée importante dans la modélisation fine des convertisseurs et s'insère parfaitement dans le cadre du prototypage virtuel des convertisseurs. Cette approche permet l'analyse des signaux difficilement accessibles par des moyens de mesures traditionnelles. L'influence de la connectique peut ainsi être mis en évidence. Dans un second temps, une approche ciblée sur le câblage a permis de résoudre les problèmes d'interactions et de déséquilibres introduits par le câblage. Directement à partir des matrices impédances, il est alors possible de déterminer la qualité des interconnexions et de mettre en œuvre un processus d'optimisation autour de règles de câblage.

Bad cabling effects are weil known by designers of power electronics converters. They try to decrease overvoltage, losses and EMC interactions. However, interconnection design is still complicated because of electromagnetic phenomena, which are not easy to predict during the design step. Classical methods and techniques based on the designer experience are not suitable to develop complex structures as on es used in industrial applications. Firstly, a generic cabling model based on input/output terminais has been proposed. Automatic link between InCa (Inductance Computation) and circuit simulator (Saber, Spice) propose a significant improvement in accurate modeling of power converters and can be include in virtual prototyping approach. This allows analyzing signais which can not be accessible with traditional measurement methods. Then, once cabling effects have been identified with the previous tools, an original approach focalized on parasitic cabling elements allows reducing disturbances and imbalance current involved by the cabling. Cabling rules are proposed from impedance matrix (matrix representation ofthe generic model) in order to judge the quality of the cabling and can be used as objective function in optimization process.