Design et intégration de filtres CEM actifs pour convertisseur de puissance

Design of an integrated EMC active filter for power converters

• Auteur / Autrice : Bacar Mohamed nassurdine
• Direction : Denis Labrousse
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Electronique, Photonique et Micro-Nanotechnologies
• Date : Inscription en doctorat le 07/12/2019
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Electrical, optical, bio : physics and engineering (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Systèmes et applications des technologies de l'information et de l'énergie (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2002-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : EPI - Electronique de puissance et intégration
• Partenaire(s) de recherche : Référent : École normale supérieure Paris-Saclay (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1912-....)

Mots clés

Mots clés libres

Cem

Filtre CEM actif linéaire

Filtre CEM actif à découpage

Convertisseur de puissance

Emi

Linear active emi filter

Active emi filter based on switching components

Power converter

Résumé

Les spécifications des convertisseurs de puissance pour les applications embarquées présentent une puissance spécifique élevée (W / cm3 et W / kg) et des émissions CEM réduites. La manière classique de satisfaire aux exigences CEM est l'utilisation de techniques de blindage et de filtrage. En émission conduite, les filtres CEM couramment utilisés sont constitués de composants passifs volumineux et lourds (inductances et condensateurs) qui dégradent la puissance spécifique du convertisseur. Les filtres CEM passifs représenteraient environ 20% du coût, du poids et du volume d'un convertisseur de puissance. De plus, l'atténuation effective de l'émission conduite obtenue avec un filtre passif dépend fortement à la fois de l'impédance du réseau et de la source de bruit. De plus, avec l'adoption de composants GaN permettant des fréquences de commutation de plus en plus élevées, les filtres CEM actifs apparaissent comme une alternative digne voir indispensable de l'approche classique basée sur un filtrage passif. Des atténuations similaires et indépendantes des caractéristiques du réseau et de la source de bruit sont possibles avec une masse et un encombrement réduits. Ce sujet de thèse, financé par le CEA Grenoble, vise à traiter la problématique de la CEM dans les convertisseurs de puissance, afin de minimiser le cout global de la CEM. Le but est d'étudier les différents types de filtres CEM actifs avec: - La réalisation d'un état de l'art. - La réalisation d'un estimateur de bruit en mode commun (MC) et en mode différentiel (MD) des cellules de commutation et des transformateurs. - La simulation et comparaison des solutions les plus pertinentes (actives et passives). - La mesure en CEM de filtres et convertisseur usuels. - La conception d'une maquette d'un filtre actif pour un convertisseur donné. - Le test de la maquette avec son convertisseur associé.

The power converter specifications for embedded applications have a high specific power (W / cm3 and W / kg) and reduced EMC emissions. The typical way to meet EMC requirements is to use shielding and filtering techniques. Regarding conducted emissions, the commonly used EMC filters consist of large and heavy passive components (inductors and capacitors) that degrade the specific power of the converter. Passive EMC filters represent about 20% of the cost, weight and volume of a power converter. Additionally, the effective attenuation of the conducted emission obtained with a passive filter strongly depends on both the network impedance and the noise source. In addition, with the adoption of GaN components allowing increasingly higher switching frequencies, active EMC filters appear to be a worthy and even essential alternative to the traditional approach based on passive filtering. Similar attenuations independent of the network and noise source characteristics are possible with reduced mass and space requirements. This thesis subject, funded by CEA Grenoble, aims to address the issue of EMC in power converters, in order to minimize the overall cost of EMC. The purpose is to study the different types of active EMC filters with: - The realization of a bibliographic study - The realization of a common mode (MC) and differential mode (MD) noise estimator for switching cells and transformers. - Simulation and comparison of the most relevant solutions (active and passive). - EMC measurement of conventional filters and converters. - The design of a model for an active filter for a given converter. - The test of the model with its associated converter. The PhD student must have notions of analog and digital electronics as well as knowledge of electronic simulation software (LTspice, Pspice, PSIM or others), routing software (KiCad, Altium for example) and embedded programming software for programmable digital circuits (μC, DSP or FPGA)