Annonce thèse Joao Oliveira 24 novembre 2021a

Joao André Soares de Oliveira, PhD chez VEDECOM, a soutenu sa thèse le 24 novembre 2021. Il a présenté une « méthodologie pour la conception des convertisseurs basés sur les composants SiC et GaN pour les applications automobiles »

Encadrants académiques et écoles/universités :

  • Directeur de thèse : Hervé MOREL, Docteur, INSA de Lyon
  • Co-directeur de thèse : Dominique PLANSON, Professeur, INSA de Lyon
  • Encadrant VEDECOM : Florent LOISELAY, Ingénieur de recherche en électronique de puissance

Résumé :

Les composants a large bande interdite ou WBG permettent de concevoir des convertisseurs de puissance à des fréquences, des densités de puissance et des efficacités plus élevées, par rapport aux convertisseurs a base de silicium. La coexistence de dispositifs SiC et GaN dans la gamme 600-900 V motive une étude spécifique de ces composants et le développement de méthodes pour effectuer une meilleure sélection en fonction de l’application, notamment pour les applications automobiles.

La méthodologie proposée commence par des tests statiques et dynamiques e ffectués sur des dispositifs SiC et GaN a fin de valider leurs modèles. Les dispositifs GaN permettent de construire les convertisseurs les plus intégrés. Un PCB instrumenté a été déveveloppé pour mesurer et estimer les pertes en commutation, incluant les points de mesure nécessaires a cet e ffet. Les éléments parasites du schéma PCB extraits par ANSYS Q3D et les modèles de sondes de mesure ont été également inclus dans le modèle de simulation. Ainsi, au moyen d’un modèle valide expérimentalement, il a été possible d’évaluer les pertes totales dans un circuit optimisé, sans sondes.

Pour les dispositifs SiC, une carte d’évaluation a été utilisée et une méthode d’estimation pour l’extraction des éléments parasites a été eff ectuée. L’estimation des pertes en commutation est une étape importante pour la conception du convertisseur de puissance. Les conséquences d’une commutation plus rapide sur la conception du driver de grille et la disposition de la carte génèrent de nouveaux défis pour les convertisseurs basés sur les dispositifs WBG.

Une estimation précise des pertes en commutation est une étape utile, car elle permet d’ajuster di fférentes con figurations de circuits en fonction des résultats de la simulation. Cependant, le PCB instrumenté ne prédit pas les pertes en commutation dans un convertisseur optimisé, mais uniquement sur le PCB instrumenté. La simulation permet de prédire les pertes en commutation dans des convertisseurs plus réalistes. Une simulation pour chaque dispositif cible (SiC et GaN) a été développée en considérant les principaux éléments parasites et les modèles d’instruments de mesure. Ainsi, les pertes en commutation sont calculées et comparéees aux résultats expérimentaux.

Etant donné que l’ensemble du système a été validé, a fin de comparer les dispositifs SiC et GaN pour les applications automobiles, une simulation d’un convertisseur DC-DC optimisé a été utilisée pour comparer chaque dispositif sous di fférents points de fonctionnement du convertisseur.

Plus d’information