thèse - USTO
République Algérienne Démocratique et Populaire
Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique
Université des Sciences et de la Technologie d’Oran Mohamed Boudiaf
Faculté de Génie Electrique Département d’Electrotechnique
THÈSE
En vue de l’obtention du
Diplôme de Doctorat en Sciences
Le jury est composé de :
Année Universitaire 2015 /2016
Présentée par
BENSACI Ahmed
Intitulé
Spécialité
: Electrotechnique
Option
: Intégration pour l’Electronique de Puissance et Matériaux
Grade
Nom & Prénoms
Statut
Domiciliation
Professeur
BOUGHANMI Nabil
Président
USTO-MB
Professeur
HAMID Azzedine
Encadreur
USTO-MB
MCA
TAHRI Ali
Examinateur
USTO-MB
Professeur
MOHELLEBI Hassane
Examinateur
Université de Tizi-Ouzou
Professeur
MAHI Djilali
Examinateur
Université de Laghouat
Professeur
BRAHAMI Mostefa
Examinateur
Université de Sidi Bel Abbes
Conception d’un filtre intégré pour convertisseur DC-DC
abaisseur de tension
REMERCIEMENTS
Le travail présenté dans cette thèse a été effectué au sein du laboratoire de recherche:
«Intégration pour l’Electronique de Puissance et Matériaux» (IEPM) à l’Université des Sciences et
de la Technologie d’Oran -Mohamed Boudiaf «USTO-MB».
Je voudrais particulièrement remercier Monsieur Azzedine HAMID mon directeur de thèse.
Grâce à son esprit ouvert, ses capacités d'empathie, sa gentillesse, sa motivation et son sens pour
l’humour. Cela a été un réel plaisir pour moi de travailler sous sa direction. Monsieur Azzedine
HAMID, c’est grâce à Dieu et à vous que j’ai pu entrer dans le monde de la recherche merci !
Je suis très sensible à l’honneur que m’a fait Monsieur BOUGHANMI Nabil, Professeur à
l’Université des Sciences et de la Technologie d’Oran, d'avoir accepté de présider le jury de thèse
de mon Doctorat.
Je remercie chaleureusement Monsieur MAHI Djilali, Professeur à l’Université de Laghouat,
Monsieur MOHELLEBI Hassane, Professeur à l’Université de Tizi-Ouzou, Monsieur
BRAHAMI Mostefa , Professeur à l’Université de Sidi-Bel-Abbès et Mmonsieur TAHRI Ali,
Maître de Conférences à l’Université des Sciences et de la Technologie d’Oran, pour l’honneur
qu’ils m’ont fait de juger ma thèse en tant que d'examinateurs.
Mes remerciements vont également aux enseignants-chercheurs, aux chercheurs, aux doctorants
et aux stagiaires de Laboratoire IEPM. La liste est longue mais je citerai: Yacine GUETTAF,
Abdelhak ALLAOUI, Mohamed RIZOUGA, Mokhtaria DARKAOUI, Rabia MELATI, Fatima Zohra
MEDJAOUI, Hayet KHARBOUCH, Nisrine SENHADJI, Yamina BENHEDDA.
Je ne saurai terminer mes remerciements sans une pensée profonde et forte pour ma famille. Je
m’adresse à mes frères et à mes sœurs pour leur exprimer ma profonde reconnaissance pour leur
soutien, et je m’adresse tout particulièrement à ma mère qui a toujours cru en moi et qui m’a
apporté son aide et son réconfort pendant toutes ces années de thèse.
Enfin, merci à ceux que j’ai oublié de mentionner et qui ont contribué de près ou de loin à la
réalisation de ce travail.
TABLE DES MATIERES
TABLE DES MATIERES
TABLE DES MATIERES
Introduction générale...........................................................................................................2
CHAPITRE I
GENERALITES SUR LES COMPOSANTS PASSIFS INTEGRES
I.1.Introduction...............................................................................................................
6
I.2. Composants passifs discrets.....................................................................................
7
I.3. Etat de l’art sur l’intégration des composants..........................................................
8
I.3.1. Intégration des composants actifs et passifs dans les convertisseurs de
puissance.........................................................................................................................
8
I.3.2.Différentes technologies de l’intégration...............................................................
9
I.3.2.1. L’intégration hybride.........................................................................................
9
I.3.2.2. L’intégration monolithique en électronique de puissance.................................
9
I.3.2.2.1. L’intégration sur silicium...............................................................................
9
I.3.2.2.2. L’électrodéposition.........................................................................................
10
I.3.3. Etat de l’art sur les travaux réalisés.......................................................................
11
I.4. Raisons d'intégrer des composants passifs...............................................................
14
I.5. Intégration des convertisseurs..................................................................................
15
I.5.1. Cas des condensateurs..........................................................................................
15
I.5.2. Cas des inductances..............................................................................................
18
I.5.2.1. Les inductances solénoïdes................................................................................
18
I.5.2.2. Les inductances à structure mixte......................................................................
19
I.5.2.3. Les inductances spirales....................................................................................
20
I.6. Certaines tendances du développement de l’intégration des composants
passifs..............................................................................................................................
21
I.6.1. Comment intégrer des composants passifs en électronique de puissance ? .........
22
I.6.2. Technologie passive embarquée............................................................................
23
I.7. Choix du convertisseur pour intégrer notre micro filtre......................................
24
I.7.1. Structure non-isolée Buck, Buck-Boost et Buck synchrone.....................................
24
I.7.2. Structures Buck multiphases – Interleaving.............................................................
26
I.7.3. Convertisseurs isolés...............................................................................................
28
I.8. Conclusion...............................................................................................................
29
Références bibliographiques...........................................................................................
30
CHAPITRE II
ETAT DE L’ART SUR LES STRUCTURES
DE MICRO-FILTRES LC
II.1.Introduction..............................................................................................................
35
II.2.Etat de l’art sur les structures de micro-filtres LC intégrés.....................................
36
II.3. Les matériaux utilisés pour l'intégration du micro-filtre........................................
44
II.3.1. Matériaux conducteurs.........................................................................................
44
II.3.1.1.Effet de peau.......................................................................................................
46
TABLE DES MATIERES
II.3.1.2. Les courants de Foucault...................................................................................
47
II.3.2. Matériaux isolants................................................................................................
48
II.3.3. Matériaux magnétiques........................................................................................
48
II.3.3.1. Valeurs typiques des paramètres des ferrites MnZn et NiZn............................
48
II.3.3.2. Quelques références commerciales...................................................................
50
II.3.3.3. Propriétés physico-chimiques...........................................................................
51
II.4. Différentes expression analytique pour détermination d’une inductance spirale...
52
II.4.1.Méthode de Wheeler.............................................................................................
52
II.4.2.Méthode de Monomial..........................................................................................
52
II.4.3.Méthode de Bryan.................................................................................................
53
II.4.4.Méthode de Terman..............................................................................................
53
II.4.5.Méthode de Mohan................................................................................................
53
II.4.6.Comparaison des différentes expressions de L ....................................................
54
II.5. Conclusion...............................................................................................................
55
Références bibliographiques...........................................................................................
56
CHAPITRE III
CONCEPTION D’UN NOUVEAU MODELE DE MICRO-
FILTRE
III.1.Introduction...........................................................
59
III.2. Critères de choix d’une ferrite dans un micro filtre................................
60
III.3. Présentation du convertisseur préalablement choisi......................
61
III.3.1. Cahier des charges du convertisseur................................................
62
III.3.2. Détermination des paramètres géométriques du micro-filtre..............
63
III.3.2.1. Calcul de la valeur d’inductance du micro filtre...................
64
III.3.2.2. Calcul de la valeur de capacité du condensateur..................................
64
III.3.2.3. Dimensionnement du noyau magnétique.......................
65
III.3.2.4. Géométrie du micro filtre.........................................
66
III.3.2.4.1. Calcul du nombre de spires......................................................
68
III.3.2.4.2. Calcul de la largeur et de l’épaisseur du conducteur.............................
68
III.3.2.4.3. Calcul de l’espace inter-spires.................................
70
III.3.2.4.4. Calcul de la longueur totale du conducteur......................
70
III.4. Structure proposée du micro filtre LC..................................
71
III.4.1. Choix et description de la topologie.....................................
71
III.4.2. Principe de fonctionnement..........................................
71
III.4.3. Schéma équivalent du micro filtre............................................
72
III.4.4. Extraction des paramètres électriques du micro filtre...................
72
III.4.4.1. Modélisation du ferrite à Mn-Zn......................................
73
III.4.4.2. Modèle électrique équivalent du micro filtre.........................
76
III.4.4.3. Détermination des paramètres électriques du micro filtre LC..............
78
III.4.4.3.1. Calcul de la résistance série du conducteur......................................
78
III.4.4.3.2. Calcul l’impédance du substrat.......................................
78
III.4.4.3.3. Calcul l’impédance inter spires.......................................
79
III.5. Résultats du calcul des paramètres électriques de circuit équivalent du micro
filtre.................................................................................................................................
81
III.6. Conclusion.............................................................................................................
82
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