Modélisation et Conception des Composants Passifs Planar pour Filtres CEM

Modeling and Design of Passive Planar Components for EMI Filters

• Auteur / Autrice : Wenhua Tan
• Direction : Nadir Idir, Xavier Margueron
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Electrique
• Date : Soutenance le 30/11/2012
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Lille
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'électrotechnique et d'électronique de puissance (L2EP)
• Jury : Président / Présidente : François Forest
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christian Martin, Ambroise Schellmanns
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Eric Labouré, Jean-Luc Schanen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Brouillage électromagnétique

Intégration des systèmes (ingénierie)

Inductance

Analyse

Champs électriques

Filtres à inductances et capacités

Conception et construction

Modèles mathématiques

Dispositifs électromagnétiques

Compatibilité électromagnétique

Mots clés libres

Modélisation analytique

Inductance de mode commun

Filtre compatibilité électromagnétique

Circuit équivalent

Intégration

Inductance de fuite

Capacités parasites

Composant planar

Analytical modeling

Common-mode choke

Electromagnetic interference filter

Equivalent circuit

Integration

Leakage inductance

Parasitic capacitance

Planar component

Résumé

Les composants magnétiques en technologie planar répondent aux exigences actuelles de l’Electronique de Puissance (EP), à savoir la montée en fréquence de commutation des structures d’EP et la réduction du volume des convertisseurs. La première tendance impose des contraintes fortes en termes de compatibilité électromagnétique (CEM) des équipements. Ces dernières doivent être prises en compte par les ingénieurs dès la phase conception des convertisseurs en se basant sur des modèles fiables, peu développés pour les composants planar dans la littérature scientifique. Ce travail de thèse porte ainsi sur la modélisation des composants planar pour applications aux filtres CEM. Différentes méthodes sont développées au cours de cette thèse pour arriver à évaluer de manière fine les éléments parasites des inductances planar de mode commun : capacités parasites et inductances de fuite. Une partie du travail a porté sur la modélisation par circuits équivalents du comportement fréquentiel des inductances de MC. Une approche automatisée, basée sur un algorithme de fitting a ainsi été développée pour élaborer des circuits équivalents fiables et robustes. Des approches analytiques (Décomposition du Champ Electrique) et semi-analytiques (Fonctions de Green) ont aussi été proposées pour évaluer les valeurs des éléments parasites. La dernière partie de la thèse est plus orientée conception, avec la réalisation de deux structures de composants innovantes, la première se basant sur une technique de compensation des capacités parasites à l’aide d’éléments parasites structuraux et la seconde sur l’association de deux noyaux magnétiques, possédant matériaux et géométries différentes

The magnetic components with planar technology join in the current trends in Power Electronics (PE), namely increasing the switching frequency of PE structures and reducing the size of the power converters. The first tendency imposes strong constraints in terms of electromagnetic compatibility of equipments. The latter has to be considered by engineers at the beginning of the design of Power converters on the basis of reliable models, which are not sufficiently developed for planar components in scientific literature. This PhD work thereby focuses on the modeling of planar components for the applications of EMI filters. Different methods are developed during this study in order to accurately evaluate the parasitic elements of planar common-mode chokes: parasitic capacitances and leakage inductances. A part of this dissertation concerns the equivalent circuit modeling of the frequency behavior of CM chokes. An automated approach, based on a fitting algorithm developed for elaborating reliable and robust equivalent circuits. Analytical approaches (Electric Field Decomposition) and semi-analytical (Green’s Function) are proposed as well for calculating the values of these parasitic elements. The last part of this dissertation is oriented to conception, with the realization of two structures of innovative components, the first one based on a parasitic capacitance cancellation technique using structural parasitic elements and the second one on the association of two magnetic cores with different materials and geometries