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Optimisation CEM des convertisseurs à composants grand gap : vers une montée en fréquence des convertisseurs

Défis technologiques Efficacité énergétique pour bâtiments intelligents, mobilité électrique et procédés industriels Electronique et microélectronique - Optoélectronique Sciences pour l’ingénieur

Résumé du sujet

L'électronique de puissance a pour but de convertir une forme d'énergie en une autre. Du petit chargeur de téléphone de quelques watts, au véhicule de quelques centaines de kilowatts voir même la traction ferroviaire au megawatt, la plage de puissance est large. L'électronique de puissance est partout, c'est pourquoi de tels dispositifs doivent être optimisés pour qu'ils soient économiquement viables, énergétiquement et environnementalement sobres.
L'arrivée des composants dits "grand gaps" (GG) ont permis de révolutionner l'efficience de la conversion d'énergie ainsi que la compacité des dispositifs. Cependant, ces composants génèrent plus de perturbations dans les réseaux, pouvant affecter le fonctionnement des dispositifs alentours. Le filtrage de ces perturbations est soumis à des normes de compatiblité électromagnétique (CEM) et la quantité de bruit pouvant s'échapper du dispositif s'en trouve limitée. Contrairement aux composants GG, les technologies de filtrage n'ont pas évolué aussi rapidement, et il se trouve aujourd'hui que la principale difficulté d'un dispositif d'EP à devenir un produit pouvant être vendu sur le marché est d'être compatible avec les normes CEM.

Les objectifs de la thèse sont multiples :
- Etude des différentes topologies de filtrage passif (et actif si le temps au cours de la thèse le permet)
- Etude et caractérisation de matériau magnétique, de leur design et leur efficience en fonction des fréquences de fonctionnement, des courants traités etc.
- Proposer des solutions de filtrage innovantes (matériau, intégration, contrôle déphasé etc.)
- Montée en compétence sur la modélisation CEM sur un cas d'étude donné, en prenant en compte les éléments parasites circuits, les couplages par rayonnements ainsi que les performances des matériaux magnétiques.

La question de la montée en fréquence des convertisseurs d'EP à composant GG à l'issu de cette thèse devrait faire l'objet de réponses et de la viabilité de ces composants sur des applications à CEM/coût/volume très contraints.

Cette thèse se déroulera sur le site CEA de Grenoble dans le département Système, au laboratoire d'électronique pour l'énergie et la puissance. L'environnement CEA étant très transverse, le candidat pourra nourrir sa recherche avec les ingénieurs du département et des départements alentours. Le candidat, après avoir été habilité, pourra avoir accès au laboratoire d'EP pour effectuer ses tests/recherches.

Le candidat devra avoir des compétences en électronique de puissance, en particulier être familié avec les architectures électriques de convertisseur de puissance, un goût pour la modélisation à l'aide de logiciel dédié ainsi que de la mise en pratique en laboratoire. Il devra être à l'initiative des protocoles expérimentaux et aussi faire preuve d'analyse et critique dans toutes ses démarches scientifiques.

Laboratoire

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