TITRE DU SUJET DE THÈSE

TITRE DU SUJET DE THÈSE : Conception et dimensionnement de circuits d’aide à la commutation
DIRECTEUR DE THÈSE : Daniel Sadarnac [email protected]
ÉQUIPE D’ACCUEIL : Supélec, Département Énergie, EA 1400
DECRIPTIF ET APPORT DU TRAVAIL DE THÈSE :
- Le contexte de la recherche
L’équipe « Électronique de Puissance » conçoit et teste des topologies de convertisseurs. Ces topologies
doivent être adaptées aux objectifs visés (compatibilité électromagnétique, fiabilité, rendement, compacité,
coût…) mais aussi aux techniques et technologies du moment. Dans ce contexte, certains organes annexes d’un
convertisseur ont une influence déterminante sur les performances globales. C’est le cas des « circuits d’aide à
la commutation » ou « snubbers ». De nombreuses études ont été menées à Supélec, plus ou moins récemment,
sur le thème général de la « commutation douce » incluant le cas particulier du « snubber ».
Parmi les dernières publications :
SADARNAC D., LOUATI K., ABIDA W., KARIMI C., A new concept to obtain soft switching in DC-DC
converters : the use of dc-link input and output filters, European conference on Power Electronics and
applications, EPE 2003, 2-4 septembre 2003, Toulouse.
SADARNAC D., ABIDA W., KARIMI C., The Double Discontinuous Mode Operation of a Converter : A method
for Soft Switching, IEEE Transactions on Power Electronics, Volume 19, Number 2, March 2004, pp. 453-460.
- Bref descriptif scientifique
Lorsqu’un transistor ou une diode commence à conduire ou se bloque, les formes de courant et de tension
apparaissant à ses bornes sont généralement oscillatoires avec des variations extrêmement brutales. Ces
évolutions mal contrôlées de courant et de tension sont à la source de perturbations électromagnétiques. Les
surintensités et les surtensions qui en découlent imposent également un surdimensionnement des composants.
Par ailleurs, une mise en conduction ou un blocage ne pouvant jamais être instantané, des pertes « par
commutation » sont induites dans les transistors et les diodes.
Tous ces problèmes sont connus depuis les débuts de l’électronique de puissance. La notion de commutation
douce a été imaginée depuis longtemps pour y faire face. Un circuit d’aide à la commutation est un circuit
annexe, « greffé » sur un convertisseur donné, qui ne modifie pas le fonctionnement global du convertisseur et
qui n’intervient qu’au moment des commutations afin d’en limiter les effets. Dans le contexte plus général de la
commutation douce, certaines techniques impliquent par contre une modification du principe de conversion. Ce
n’est pas ce que nous visons : un snubber est un circuit « léger », plus facile à mettre en œuvre.
Toutes sortes de schémas de snubbers existent et beaucoup font encore l'objet de publications et de brevets. La
thèse permettrait de faire le point sur l'existant, d’effectuer un classement par familles et de proposer de
nouvelles solutions selon l'application et les objectifs visés : réduire la surtension au blocage, minimiser les
pertes à la mise en conduction et/ou au blocage, viser la simplicité, augmenter la fréquence de découpage, selon
le type de convertisseur… Une retombée importante de la thèse concernerait l’évaluation des pertes par
commutation, avec ou sans snubber. Il s’agit d’un passage obligé qui consisterait à mettre au point une méthode
analytique fiable s’appuyant sur les seules données des fabricants de semi-conducteurs. L’expérience montre
que l’utilisation directe d’un simulateur numérique à cette fin mène rarement à des résultats cohérents.
- Compétences acquises lors du travail de thèse
Ce travail de thèse devra permettre d’acquérir des compétences pointues en électronique de puissance.
L’expérimentation constituera un point fort de cette thèse à différents niveaux : pour modéliser le
comportement des transistors et des diodes afin d’en déduire notamment les pertes ; pour évaluer et vérifier
l’influence des composants du snubber, qui eux-mêmes ne sont pas parfaits, sur le comportement des transistors
et des diodes. Les mesures sont souvent difficiles et une compétence particulière dans le domaine expérimental
sera à acquérir.