Convertisseur sans inductance haute fréquence

High-frequency inductance-free inverter

• Auteur / Autrice : Alex Marques
• Direction : Ghislain Despesse
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Inscription en doctorat le 13/11/2023
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Electronique et de Technologie de l'Information (LETI)

Mots clés

Mots clés libres

Convertisseur

Piézoélectricité

Haute-fréquence

Adiabatique

Converter

Piezoelectric

Inductance-free

Adiabatic

Résumé

La réduction des dimensions des convertisseurs de puissance actuels est essentiellement liée à la montée en fréquence de fonctionnement. Cependant, aujourd'hui, nous atteignons plusieurs limites dont celles relevant des composants magnétiques. Pour cause, l'énergie, qui peut être stockée par cycle dans une inductance, diminue drastiquement avec l'augmentation de la fréquence. Pour remédier à cette limitation, nous avons étudié une alternative au stockage magnétique : le stockage transitoire d'énergie sous forme mécanique par la mise en mouvement d'un résonateur piézoélectrique. Nos premiers travaux, qui sont des premières mondiales, nous ont permis de valider le principe pour des puissances allant de 1 à 100W. L'objectif de la thèse sera d'augmenter la fréquence de fonctionnement et d'étendre le principe de conversion à d'autres variantes topologiques. En parallèle, un transistor spécifique en GaN sera développé dans les salles blanche du LETI pour répondre au mieux à ce type d'application. Le doctorant pourra en outre définir de nouvelle spécifications et de nouvelle fonctions pour améliorer le rendement et la densité de puissance du convertisseur ainsi que pour faciliter son pilotage. Une grande partie du travail vise la mise au point du cycle électrique de commande qui doit permettre à la fois d'entretenir la résonance de la structure mécanique et d'effectuer des transferts de puissance électrique sans pertes. La mise en œuvre de ce cycle nécessitera, en outre, la mise au point d'une électronique très basse consommation qui intègrera plusieurs mécanismes de synchronisation et de régulation pour assurer des commutations à zéro de tension, assurer l'entretien des oscillations et réguler la tension de sortie. Le candidat pourra s'appuyer sur l'expertise du laboratoire d'accueil dans le domaine de la conversion et de la piézoélectricité.

The reduction in size of today's power converters is essentially linked to the increase in operating frequency. Today, however, we are reaching several limits, including those related to magnetic components. This is because the energy that can be stored per cycle in an inductor decreases drastically with increasing frequency. To overcome this limitation, we have studied an alternative to magnetic storage: the transient storage of energy in mechanical form by setting a piezoelectric resonator in motion. Our initial work, which is a world first, has enabled us to validate the principle for powers ranging from 1 to 100W. The aim of this thesis is to increase the operating frequency and extend the conversion principle to other topological variants. A major part of the work will involve the development of the electrical control cycle, which will enable the resonance of the mechanical structure to be maintained, while transferring electrical power without losses. Implementing this cycle will also require the development of very low-power electronics incorporating several synchronization and regulation mechanisms to ensure zero-voltage switching, oscillation maintenance and output voltage regulation.