Avis de soutenance de these TIMOTHE ROSSIGNOL .pdf


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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 :   INP­ENSEEIHT 2, rue Charles Camichel 31071 Toulouse salle ENSEEIHT, C002 
Composition du jury proposé 
M. Frédéric RICHARDEAU

    INP­ENSEEIHT

  Directeur de thèse

M. Marc COUSINEAU

    INP­ENSEEIHT

  Co­encadrant de thèse

M. Hugues DOFFIN

    RENAULT Technocentre

  Co­encadrant 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

 

Mots­clés : 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'auto­perturbation  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 CEA­LETI 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 celles­ci. 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.


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