Méthodologie de pré-dimensionnement de convertisseurs de

N° d’ordre 2006ISAL0085 Année 2006
Thèse
Présentée devant
L’Institut National des Sciences Appliquées de Lyon
Pour obtenir
Le grade de docteur
Ecole doctorale : Electronique, Electrotechnique et Automatique.
Spécialité : Génie électrique
Par
HELALI Hassan
Pour une soutenance le 24 Novembre 2006
Méthodologie de pré-dimensionnement de convertisseurs de puissance :
Utilisation des techniques d’optimisation multi-objectif et prise en compte
de contraintes CEM
Jury
M. COSTA François Professeur
M. SCHANEN Jean Luc Professeur
M. MOREL Hervé Directeur de recherche
Mme. SLAMA-BELKHODJA Ilhem Professeur
M. BEN AMMAR Faouzi Maître de conférence (HDR)
M. BEN HADJ SLAMA Jaleleddine Maître de conférence
Membre invité : M. BERGOGNE Dominique

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Remerciements
Arrivant au terme de ce travail de thèse, je tiens à adresser ma gratitude envers tous ceux qui
m’ont aidé et soutenu.
Je tiens à remercier particulièrement M Hervé MOREL. Au-delà de l’aspect scientifique, je
lui suis reconnaissant pour ses qualités humaines. Après cette expérience, je reconnais que le
savoir seul n’est pas suffisant pour encadrer et motiver les jeunes chercheurs. Des
remerciements aussi sincères vont à M Dominique Bergogne, Mme Ilhem Slama-Belkhodja et
M Jaleleddine Hadj Slama.
C’est avec un grand plaisir que je remercie M François Costa, M Jean Luc Schanen et M
Faouzi Ben Ammar qui ont accepté de faire partie de mon jury de thèse.
Des remerciements aussi chaleureux vont à mes collègues du CEGELY avec qui j’ai partagé
ces années de travail, je pense à tout(e)s les doctorant(e)s ainsi qu’au personnel permanent (la
liste est longue et je suis sûr qu’ils vont se reconnaître facilement).
Je réserve la fin de mes remerciements à ma famille pour leur soutien quotidien.

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A mon père,
ma mère,
mon frère et ma sœur.

Table des matières
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Table des matières
Introduction générale............................................................................................................... 7
Chapitre I. Modélisation et conception des systèmes de puissance. .................................... 9
I. Conception et pré-dimensionnement des systèmes de puissance..................................... 10
1. Problématique de la conception des systèmes de puissance ........................................ 10
2. Le pré-dimensionnement en électronique de puissance............................................... 12
3. Approche de pré-dimensionnement par optimisation .................................................. 13
4. Démarche de pré-dimensionnement retenue et exemple traité .................................... 19
II. Modélisation en électronique de puissance...................................................................... 20
1. Modèles et choix de composants.................................................................................. 20
2. Câblage et performances de la technologie SMI.......................................................... 32
III. Cas d’étude : Application............................................................................................. 35
1. Considérations de conception....................................................................................... 35
2. Formulation du problème d’optimisation..................................................................... 45
IV. Conclusion.................................................................................................................... 46
Chapitre II. Nouvelle méthode pour la prédiction des perturbations EM conduites...... 47
I. La CEM dans les convertisseurs de puissance................................................................. 48
1. Généralités.................................................................................................................... 48
2. Normes CEM en électronique de puissance................................................................. 49
3. Etude phénoménologique............................................................................................. 53
II. Etat de l’art sur les méthodes d’estimation spectrale ....................................................... 54
1. Méthode indirect .............................................................................................................. 54
2. Méthodes directes : modélisation analytique ................................................................... 59
III. Mise en équation systématique basée sur la causalité........................................................ 64

Table des matières
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1. Modélisation unifiée : graphe des liens........................................................................ 64
2. Mise en équation systématique : Analyse de causalité ................................................ 68
3. Graphe des liens commuté ........................................................................................... 71
IV. La méthode proposée : description et validation ............................................................... 72
1. Principe et Atouts de la méthode proposée .................................................................. 72
2. Description de la méthode et exemple pédagogique.................................................... 73
3. Validation de la méthode : Application détaillé (hacheur série)...................................... 79
V. Conclusion........................................................................................................................ 91
Chapitre III. Utilisation des techniques d’optimisation pour le pré-dimensionnement.. 93
I. Introduction........................................................................................................................... 94
II. Utilisation des techniques uni-objectifs............................................................................... 96
1. Les algorithmes génétiques .............................................................................................. 96
2. Choix des algorithmes génétiques et outil d’optimisation : DARWIN............................ 97
3. Optimisations avec fonctions coûts discrètes et continues............................................... 98
4. Convertisseurs optimisés................................................................................................ 102
5. Validations de la conception .......................................................................................... 104
6. Conclusion...................................................................................................................... 104
III. Les techniques d’optimisation multi-objectif................................................................... 105
1. Définitions...................................................................................................................... 105
2. Les différentes approches de résolution des problèmes multi-objectifs ........................ 108
IV. Notre démarche d’optimisation multi-objectif................................................................. 126
1. Introduction .................................................................................................................... 126
2. Description de la méthode.............................................................................................. 126
3. Exemple pédagogique .................................................................................................... 129
4. Application dans le cas d’étude : hacheur série 42 /14V ............................................... 131