Avis de Soutenance Timothé ROSSIGNOL Génie Electrique

AvisdeSoutenance
TimothéROSSIGNOL
GénieElectrique
Soutiendrapubliquementsestravauxdethèseintitulés
Contributionàlacaractérisationetàl’étudedelacommanderapprochéedecomposantsàgrandgap«moyennetension»pouronduleurde
tension.
Soutenanceprévuelejeudi28mai2015à10h30
Lieu:INPENSEEIHT2,rueCharlesCamichel31071ToulousesalleENSEEIHT,C002
Compositiondujuryproposé
M.FrédéricRICHARDEAU   INPENSEEIHT  Directeurdethèse
M.MarcCOUSINEAU   INPENSEEIHT  Coencadrantdethèse
M.HuguesDOFFIN   RENAULTTechnocentre  Coencadrantdethèse
M.BrunoALLARD   INSALYON  Examinateur
M.StéphaneAZZOPARDI   UniversitédeBordeaux  Rapporteur
M.StéphaneLEFEBVRE   CNAMPARIS  Rapporteur
M.RenéESCOFFIER   CEALETI 
Motsclés: Composantsàgrandgap,GaN,SiC,Onduleursdetension,ModèlecomportementaldetransistorGaN,CircuitDriver

Résumé:
Dansuncontexteéconomiqueetpolitiquequipromeutl’usagedesvéhiculesélectriques,depuis2011legroupeRenaultproposeunegamme
devéhiculestoutélectrique.Lesmodèleslespluspuissantsutilisentunonduleurdédiéàlatractionélectriqued’unepuissancedel’ordrede
60kWà70kW(busDC400V).Ceconvertisseurstatiquedoitévidemment,commetoutsystèmedepuissanceembarqué,êtrecaractérisépar
unhautrendementénergétique,unegranderobustesseetunhautniveaudefiabilitédanstouteslesphasesdefonctionnementduvéhicule.
Parallèlement, ledomainedel’électronique de puissanceconnaîtaujourd’hui unerévolution avec lamise surle marchéd’interrupteurs de
puissance à«grandgap »tel que le Carbure deSilicium(SiC,gamme:600V,1200Vet1700V)etplusrécemment le NitruredeGallium
(GaN,jusqu’à600V).Cescomposantssontcaractériséspardescommutationsentension(dv/dt)etencourant(di/dt)extrêmementrapides
maiségalementunetenueentempératurenettementsupérieureà175°C.Cescaractéristiquesoffrentlaperspectivedepouvoirréaliserdes
convertisseurs à meilleur rendement, permettant d’obtenir un gain significatif sur l’autonomie du véhicule électrique, mais également des
convertisseurspluscompacts,facilitantainsileurintégrationauseinduvéhicule.Cependant,cescommutations«extrêmes»sontsourcede
perturbations et d'autoperturbation très sévères surtout en configuration onduleur. Ainsi, basés sur un partenariat entre le laboratoire
LAPLACE de Toulouse et le Technocentre de RENAULT à Guyancourt, les travaux de thèse ont adressé trois problématiques majeures.
Premièrement, l’analyse détaillée des phénomènes de commutation d'une cellule onduleur. Ces travaux ont permis l’établissement de
modèles analytiques simples. Ces modèles, à partir des grandeurs physiques principales et linéarisées des composants ainsi que des
paramètres fonctionnels du driver, permettent une prédétermination directe des dv/dt et di/dt sur toute la plage de fonctionnement de
l'onduleur. La deuxième problématique concerne la caractérisation de ces nouveaux composants. Deux campagnes de mesure ont été
menéesàbien.D’abordsurunMOSFETSiC1200VdechezCREE,ensuitesurunmoduleHEMTGaNdepremièregénérationissudelafilière
prototypeduCEALETIdeGrenoble.Lesrésultatsontpermisl’élaborationd’unmodèlecomportementalstatiqueetdynamique,sousforme
d'élémentsdecircuitsdetype PSPICE, dédié àl’utilisationdes transistors HEMTGaNdansunonduleur de tension.L'intérêtdece modèle
résidedans sa capacitéà reproduire le fonctionnementenconduction inverse dansles deux cas depolarisation degrille (VGS > VGTH et
VGS<VGTH)telquerencontrésystématiquementdansunbrasd'onduleur.Finalement,latroisièmeproblématiqueconcernelacommande
rapprochée de ces composants. Sur la base des travaux de modélisation analytique des commutations, le travail réalisé comprend la
propositionetletestdestratégiesd’optimisationetdecontrôle,actifoupassifdecellesci.Deuxapprochesderéglagepassifontainsipu
êtrecomparéesentermesdecompromisdv/dt–Energiesdecommutation,l'uneglobaleetclassiqueparlarésistancedegrilledudriver;
l'autreplussélectiveparl'intégrationd'uncondensateurentregrilleetdraindescomposants.Cettesecondeméthodepouvantentrainerune
énergie de commutation, à dv/dt donné, jusqu’à 18% plus faibles. Une dernière approche, active cette fois, a été étudiée et testée en
simulation.Surleprincipe,lecircuitproposéconsisteenunelimitationdudi/dt,sansinfluencersurledv/dt.Laboucledecontrôleutilisela
tensionquiapparaîtauxbornesdel’inductancedesourcedurantlacommutationducourantpouractiveruntransistorauxiliairequiamène
oudétournedeschargessurlagrilledutransistordepuissance,afinderéaliserinfineuncontrôle«tempsréel»dudi/dt.