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L’électrification intelligente au service de la transition énergétique

Smart electrification towards energy transition

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Soutenance de thèse de Lucas SOUZA

Publié le 30 juin 2021
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5 juillet 2021

Soutenance de thèse de Lucas SOUZA intitulée
"Modélisation et outils de conception associés pour le dimensionnement des composants magnétiques HF" /
"Modeling and associated design tools for the dimensioning of HF magnetic components"

En raison des restrictions dues à la Covid-19, la présentation sera présentée aussi en visio.
Voici le lien Zoom pour la soutenance : https://univ-grenoble-alpes-fr.zoom.us/j/98284627290?pwd=dUl2Wis0Y3UxMWd0b3Rkc1dxSThxdz09
Code secret : 123

Lundi 5 juillet 2021 à 10h


Amphi Berges
G2Elab - site GreEn-ER
21 avenue des Martyrs
38000 Grenoble


Accès Tram B, arrêt Marie-Louise Paris - CEA

Lundi 5 juillet 2021 à 10h

diplome

diplome

Le jury sera composé de :

M. Charles JOUBERT, Professeur à l’Université Claude Bernard (Ampère), Lyon, Rapporteur
M. Eric LABOURE, Professeur à l’Université Paris-Saclay (GeePs), Gif-sur-Yvette, Rapporteur
M. Guillaume GATEAU, Professeur à l’INP de Toulouse (Laplace), Toulouse, Examinateur
M. Xavier MARGUERON, Maître de Conférences à Centrale Lille (L2EP), Lille, Examinateur
M. Yves LEMBEYE, Professeur à l’Université Grenoble Alpes (G2Elab), Grenoble, Directeur de thèse
M. Jean-Paul FERRIEUX, Professeur à l’Université Grenoble Alpes (G2Elab), Grenoble, Co-Directeur de thèse
M. Bruno COGITORE, Ingénieur chez Exxelia, Moirans, Co-Encadrant
M. Mimoun ASKEUR, Ingénieur chez Valeo, Cergy, Co-Encadrant

Résumé :
Ce travail de recherche concerne, en premier lieu, la compréhension des problèmes rencontrés dans des composants magnétiques Planars existants et placés dans une structure donnée. Après une étape d’analyse du fonctionnement du transformateur au sein de sa structure de conversion Flyward, ce travail a demandé une caractérisation fine de ce composant magnétique afin d’en tirer les modèles électriques permettant la simulation du comportement de l’ensemble transformateur plus structuré.
En parallèle, des modélisations par éléments finis ont été développées pour identifier les sources de pertes. En effet, les paramètres qui définissent l’empilage d’un PCB multicouche ont une influence prépondérante sur l’apparition et la répartition des courants induits dans les différentes couches du PCB. Seule la simulation permet d’appréhender correctement ces phénomènes en faisant varier, un par un, tous ces paramètres.
En complément de la modélisation électromagnétique une modélisation thermique a été réalisée qui permet de mettre en évidence d’éventuels points chauds dans la structure, ainsi que d’évaluer les gradients de température de l’ensemble du transformateur, PCB plus ferrite. Cette simulation permet ainsi d’évaluer la viabilité d’un dimensionnement.
L’étape suivante porte sur l’établissement de règles de conception pour le dimensionnement les composants Planars dans le but d’améliorer leurs performances. Un outil a été développé, s’appuyant sur des travaux existants ayant développé de modèles analytiques traduisant le comportement électromagnétique du composant passif planar.
L’objectif a été ici de mettre en place les outils nécessaires pour mener à bien le design géométrique de ces composants pendant leur dimensionnement. Cette approche analytique a été mise en concurrence avec une optimisation par éléments finis tant les phénomènes à rendre compte sont multiples, couplés et hétérogènes.

Abstract :
This research work concerns, first of all, the understanding of the problems encountered in existing Planars magnetic components placed in a given structure. After a step of analysis of the operation of the transformer within its Flyward conversion structure, this work required a fine characterization of this magnetic component in order to derive the electrical models allowing the simulation of the behavior of the transformer plus structure.
In parallel, finite element modeling was developed to identify the sources of losses. Indeed, the parameters that define the stacking of a multilayer PCB has a major influence on the appearance and distribution of induced currents in the different layers of the PCB. Only simulation allows to correctly understand these phenomena by varying, one by one, all these parameters.
In addition to the electromagnetic modeling, a thermal modeling has been carried out to highlight possible hot spots in the structure, as well as to evaluate the temperature gradients of the whole transformer, PCB plus ferrite. This simulation allows evaluating the viability of a design.
The next step is the dimensioning and establishment of design rules for Planars components in order to improve their efficiency and compactness. Based on existing work, analytical models have been developed to reflect the electromagnetic behavior of the passive planar component.
The objective here was to implement the necessary tools to carry out the geometrical design of these components during their dimensioning. This analytical approach has been put in competition with a finite element optimization as the phenomena to be accounted for are multiple, coupled and heterogeneous.

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mise à jour le 30 juin 2021

A
Laboratoire G2Elab Laboratoire G2Elab
Bâtiment GreEn-ER, 21 avenue des martyrs - CS 90624
Grenoble
38031 Grenoble Cedex 1
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