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Caractérisation non-invasive de circuits de puissance par sondes en champ proche

Défis technologiques Efficacité énergétique pour bâtiments intelligents, mobilité électrique et procédés industriels Electromagnétisme - Electrotechnique Sciences pour l’ingénieur

Résumé du sujet

L’optimisation des modules de puissance est rendu complexe par les éléments parasites des circuits (inductances, capacités, résistance) qui, lorsqu’elles sont soumises à des commutations de fort courants et tension avec des vitesses élevées (di/dt, dV/dt), occasionnent des surtensions ou des oscillations de courant qui peuvent être dommageables au système et aux composants (vieillissement accélérés, défaillances précoces, claquage, emballement thermique, …).

L’intérêt de l’étude envisagée est de dépasser la méthodologie habituelle visant à utiliser des sondes ou des capteurs (invasifs et donc qui perturbent le circuit que l’on cherche à caractériser) en développant une méthode non-invasive (« Near Field Scanning ») permettant de dresser une cartographie des champs électrique et magnétique à proximité des circuits et composants (résolution GHz). Cette cartographie de champ est ainsi une image des courants et tensions du circuit, qu’il sera nécessaire de traiter par modélisation physique inverse, afin de remonter aux courants et tensions réelles dans le circuit. Le travail de thèse vise donc à développer et mettre en place une approche hybride qui vise à coupler une caractérisation en champ proche à des simulations électromagnétiques 2D ou 3D afin de dé-convoluer le signal mesuré et remonter aux informations permettant d’évaluer les différents chemins du courant.
Les perspectives à plus long terme sont de mettre en place un outil de caractérisation non-invasif couplé à de la simulation, afin d'être à même de caractériser les modules de puissance et plus généralement les circuits de puissance en mesurant leurs courants et tensions, voire les émissions électromagnétiques (EMI pour "Electro-magnectic Interferences") qui est une autre problématique majeure des circuits de puissance.

Cette thèse aura lieu au CEA Grenoble, au sein d'une équipe mixte LETI LITEN regroupant des experts de l'électronique de puissance (http://www.leti-cea.fr/cea-tech/leti/Pages/recherche-appliquee/solutions-technologiques/electronique-de-puissance.aspx), en collaboration avec l'IRT St Exupéry qui apportera l'expertise NFS.

Références :
- C. Lanneluc, P. Perichon and D. Bergogne, "DC-Bus capacitors influence in a GaN Motor Drive Inverter," PCIM Europe 2019; International Exhibition and Conference for Power Electronics, Intelligent Motion, Renewable Energy and Energy Management, Nuremberg, Germany, 2019, pp. 1-8.
- S. Serpaud, A. Boyer, S. B. Dhia and F. Coccetti, “Performance Charaterisation of the Dec Capa Network using the NFS Measurement”; EMC-Europe, September 2023, Krakow, Poland.

Laboratoire

Département Systèmes (LETI)
Service Systèmes de Capteurs, électroniques pour l’Energie
Laboratoire Electronique Energie et Puissance
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