Modélisation numérique pour la compatibilité électromagnétique des circuits d'électronique de puissance PDF Download
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Book Description
L'étude de la compatibilité électromagnétique de systèmes électriques est devenue cruciale dès leur phase de conception, en vue de diminuer les coûts et les temps d'élaboration de prototypes. Pour ce faire, un modèle basé sur la théorie des antennes est développé temporel. Il permet de simuler à la fois les phénomènes électromagnétiques conduits et rayonnés. Sa mise en œuvre nécessite l'écriture de l'équation intégrale du champ électrique (EFIE). Pour simplifier celle-ci, l'approximation " fils fins " est utilisée. La formulation simplifiée est resolue par la méthode des moments, associée à l'utilisation de polynômes d'interpolation de Lagrange au second ordre pour le courant, en espace et en temps. Concernant les fonctions tests, on utilise des distributions de Dirac, méthode connue sous le nom la méthode de collocation. La formulation numérique est finalement implémentée en langage orienté objet JAVATM pour sa portabilité, sa fiabilité et sa robustesse. Le modèle développé permet le calcul des courants dans une structure filaire, et l'obtention des champs proches et lointains rayonnés. Des composants électroniques ou électriques, peuvent être insérés dans le modèle, de même que des sources de tension. L'insertion de composants non-linéaires tels que la diode a également été réalisée. Ils sont représentés par leur comportement haute fréquence en régime transitoire. L'étude de structures simples a permis de valider l'approche développée.
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L'étude de la compatibilité électromagnétique de systèmes électriques est devenue cruciale dès leur phase de conception, en vue de diminuer les coûts et les temps d'élaboration de prototypes. Pour ce faire, un modèle basé sur la théorie des antennes est développé temporel. Il permet de simuler à la fois les phénomènes électromagnétiques conduits et rayonnés. Sa mise en œuvre nécessite l'écriture de l'équation intégrale du champ électrique (EFIE). Pour simplifier celle-ci, l'approximation " fils fins " est utilisée. La formulation simplifiée est resolue par la méthode des moments, associée à l'utilisation de polynômes d'interpolation de Lagrange au second ordre pour le courant, en espace et en temps. Concernant les fonctions tests, on utilise des distributions de Dirac, méthode connue sous le nom la méthode de collocation. La formulation numérique est finalement implémentée en langage orienté objet JAVATM pour sa portabilité, sa fiabilité et sa robustesse. Le modèle développé permet le calcul des courants dans une structure filaire, et l'obtention des champs proches et lointains rayonnés. Des composants électroniques ou électriques, peuvent être insérés dans le modèle, de même que des sources de tension. L'insertion de composants non-linéaires tels que la diode a également été réalisée. Ils sont représentés par leur comportement haute fréquence en régime transitoire. L'étude de structures simples a permis de valider l'approche développée.
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En compatibilité Electromagnétique (CEM) on recense davantage de couplages entre les circuits électroniques. Ces interactions sont renforcées par l'intégration qui tend à réduire le volume, le poids et le coût des systèmes électronique. En électronique de puissance, on confine dans un volume restreint les fonctions de commutations (IGBT) et de commande (allumeur numérique). Dans ce contexte, nous développons une méthodologie de simulation qui prend en compte les aspects CEM tels que les couplages, inductifs et capacitifs entre les conducteurs de toute nature, du busbarre à la puce, ainsi que les modèles des composants siliciums précis en commutation. Cette méthodologie permet par la suite de simuler le comportement électrique et électromagnétique d'un bras d'onduleur, de mettre en évidence les déséquilibres de courant entre les puces, ou de simuler l'interaction d'une sonde de champ proche afin de la concevoir. Ce travail s'inscrit dans le concept d'Expérimentation Virtuelle.
Author: Jaleleddine Ben Hadj Slama Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 148
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L'ETUDE DE LA COMPTABILITE ELECTROMAGNETIQUE (CEM) EST DEVENUE UN PASSAGE OBLIGE POUR LES CONCEPTEURS DE CIRCUITS D'ELECTRONIQUE DE PUISSANCE. LA COMPLEXITE DES PHENOMENES QUI ENTRENT EN JEU LORS DE CETTE ETUDE FAIT DE PLUS EN PLUS SENTIR LE BESOIN D'UN OUTIL CAO DE PREDICTION DES PERTURBATIONS ELECTROMAGNETIQUES CONDUITES ET RAYONNEES. LE PRESENT TRAVAIL EST CONSACRE A LA MODELISATION DU RAYONNEMENT ELECTROMAGNETIQUE DES CIRCUITS D'ELECTRONIQUE DE PUISSANCE. LA PREMIERE METHODE PROPOSEE EST BASEE SUR UNE APPROCHE ANALYTIQUE DU PROBLEME, OU LES COUPLAGES DANS LE CIRCUIT SONT QUANTIFIES DE MANIERE APPROXIMATIVE. DANS LE CAS DE CIRCUITS COMPLEXES, CES APPROXIMATIONS NE SONT PLUS SUFFISANTES ET IL DEVIENT INDISPENSABLE D'UTILISER UNE METHODE NUMERIQUE AFIN DE TENIR COMPTE DE TOUS LES COUPLAGES. L'ETAT DE L'ART EN MATIERE DE METHODES NUMERIQUES NOUS MONTRE QU'EN L'ETAT ACTUEL DES CHOSES, AUCUNE METHODE N'EST COMPLETEMENT ADAPTEE A NOTRE APPLICATION. NEANMOINS, NOTRE CHOIX S'EST FIXE SUR LA METHODE DES MOMENTS QUI REPOND LE PLUS A NOTRE CAHIER DES CHARGES. ETANT DONNEE QUE CELLE-CI NE RESOUT PAS LES SYSTEMES NON LINEAIRES, ET SACHANT QUE NOTRE RESOLUTION DOIT TENIR COMPTE DE LA PRESENCE DE COMPOSANTS NON LINEAIRES, NOUS PROPOSONS UN COUPLAGE AVEC UN SIMULATEUR DE CIRCUITS AFIN DE LINEARISER NOTRE PROBLEME. LA METHODE EST MISE EN OEUVRE POUR PERMETTRE LA RESOLUTION DE PROBLEMES AVEC STRUCTURES FILAIRES EN TROIS DIMENSIONS. ENSUITE, ELLE EST APPLIQUEE POUR CALCULER LE RAYONNEMENT D'UN CIRCUIT DE TYPE HACHEUR. LES RESULTATS DE CALCUL SONT COMPLETES PAR UNE EVALUATION EXPERIMENTALE DU RAYONNEMENT. AFIN D'AMELIORER LES RESULTATS NUMERIQUES, NOUS EXAMINONS LA VALIDITE DE L'HYPOTHESE FIL FIN ADOPTEE POUR MODELISER LES PISTES DE CIRCUITS IMPRIMES. FINALEMENT, NOUS PROPOSONS UNE HYPOTHESE PLUS PRECISE QUI PERMET DE TENIR COMPTE DE L'EFFET DE PEAU ET DE L'EFFET DE PROXIMITE DANS LES PISTES.
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LES PROGRES CONSIDERABLES DANS LE DOMAINE DE LA MICROELECTRONIQUE ENTRAINENT UNE UTILISATION SANS CESSE ACCRUE DE L'ELECTRONIQUE INTEGREE, TRES RAPIDE ET CONTROLEE PAR DE FAIBLES NIVEAUX D'ENERGIE, QUI AUGMENTE LA VULNERABILITE DES SYSTEMES ELECTRONIQUES AUX COUPLAGES ET AUX AGRESSIONS ELECTROMAGNETIQUES. NOTRE CONTRIBUTION PORTE SUR L'ANALYSE PARAMETRIQUE ET LA PREDICTION DES CONSEQUENCES DES COUPLAGES ELECTROMAGNETIQUES, PAR LA MODELISATION NUMERIQUE DES CABLES, DES PISTES DE CIRCUITS IMPRIMES ET DES BOITIERS DE CIRCUITS INTEGRES. LE DEVELOPPEMENT DES MODELES NUMERIQUES S'ACCOMPAGNE D'UNE PHASE DE VALIDATION ET DE VERIFICATION. POUR L'EVALUATION DES PARAMETRES ELECTRIQUES DES MODELES, NOUS MONTRONS LA COMPLEXITE ET LES LIMITATIONS DES METHODES ANALYTIQUES CLASSIQUES DES QUE LES STRUCTURES A ANALYSER DEVIENNENT PLUS COMPLEXES. NOUS PROPOSONS DES METHODOLOGIES FAISANT APPEL AUX THEORIES DE BASE (EQUATIONS DE MAXWELL, THEORIE DES LIGNES DE TRANSMISSION) ET A DES METHODES NUMERIQUES (METHODE DES MOMENTS, METHODES DES ELEMENTS FINIS) CONDUISANT A DES RESOLUTIONS DE PLUS EN PLUS FINES GRACE A UNE PUISSANCE CROISSANTE DES ORDINATEURS. UNE INVESTIGATION PARTICULIERE SUR LA MODELISATION D'UN CABLE DE HAUTES PERFORMANCES, LE TRIAXIAL, PREVU POUR FONCTIONNER DANS UN ENVIRONNEMENT SPATIAL TRES PERTURBE, EST EFFECTUEE, SOULIGNANT LE ROLE ESSENTIEL DES DEUX IMPEDANCES DE TRANSFERT INTRINSEQUES VIS-A-VIS D'UN COUPLAGE PAR CHAMP ELECTROMAGNETIQUE. UNE CAMPAGNE DE SIMULATIONS EST ENSUITE EFFECTUEE AFIN DE VERIFIER LE MODELE. LE MODELE DEVELOPPE EST INTEGRE DANS L'ENVIRONNEMENT DE TRAVAIL TDAS-EMC#* AFIN DE PERMETTRE LA PREDICTION PAR SIMULATION DU COMPORTEMENT EN ENVIRONNEMENT SPATIAL D'UN SYSTEME COMPLEXE TEL QUE LE BUS DE DONNEES DE COLUMBUS#*#*, ILLUSTRANT AINSI L'INTERET PRECIEUX DE LA MODELISATION. LA MODELISATION DES BOITIERS DES CIRCUITS INTEGRES#*#*#* EST NECESSAIRE AFIN D'EFFECTUER DES ANALYSES PAR SIMULATION SPICE DE LEURS INFLUENCES SUR LA GENERATION DES PARASITES. ENSUITE DES SIMULATIONS BASEES SUR LA CONNEXION DES PUCES ET DES BOITIERS SUR LES CIRCUITS IMPRIMES MONO OU MULTICOUCHES SONT EFFECTUEES AFIN DE PREDIRE LE COMPORTEMENT DES MICRO-SYSTEMES ELECTRONIQUES HAUTES PERFORMANCES D'AUJOURD'HUI. #* TEST-DATA ANALYSIS SYSTEM FOR ELECTROMAGNETIC COMPATIBILITY (EMC): ENVIRONNEMENT LOGICIEL DEVELOPPE PAR MATRA MARCONI SPACE (MMS) DIVISION MODELISATION MATHEMATIQUE ET OUTILS SYSTEMES DANS LE CADRE D'UNE ETUDE DE RECHERCHE ET DE DEVELOPPEMENT DE L'AGENCE SPATIALE EUROPEENNE (ESA) #*#* PROGRAMME EUROPEEN DE L'ESA DEDIE AU DEVELOPPEMENT DE LA STATION SPATIALE EUROPEENNE #*#*#* EFFECTUE A MMS DANS LE CADRE DU PROJET EUROPEEN JESSI-AC5 (JOINT EUROPEAN SUBMICRON SILICON INITIATIVE FOR EMC)
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L'étude de la compatibilité électromagnétique (CEM) est devenue un passage obligé pour les concepteurs de circuits d'électronique de puissance. La complexité des phénomènes qui entrent en jeu lors de cette étude fait de plus en plus sentir le besoin d'un outil CAO de prédiction des perturbations électromagnétiques conduites et rayonnées. I-e présent travail est consacré au calcul du champ rayonné par un circuit d'électronique de puissance. Comme première étape, le champ rayonné a été calculé à partir du courant mesuré. Ensuite, dans le but de développer un outil de simulation de circuits d'électronique de puissance, certaines méthodes de modélisation de câblage ont été étudiées. Notre choix s'est fixé sur la méthode rPEEC qui permet de modéliser chaque partie du câblage par un circuit électrique équivalent, qu'on peut facilement implanter dans un logiciel de simulation. Cette méthode a été appliquée pour deux géométries qu'on rencontre souvent on électronique de puissance ainsi qu'au cas de I'anterne. La validité de la méthode sur une large gamme de fréquence a été ainsi confirmée.
Author: Vincent Ardon Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 199
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L'objectif de cette thèse est la prise en compte, sous la forme de capacités parasites, des couplages électriques en une haute fréquence pour la modélisation CEM de dispositifs d'électronique de puissance. Plusieurs formulations i bintégrales ainsi que la Méthode Multipolaire Rapide ont été développées, adaptées et validées pour l'extraction de ces capacités équivalentes. Un prototype de ces algorithmes a été intégré dans le logiciel InCa3D, basée sur la méthode PEEC, permettant de construire un schéma électrique équivalent à constantes localisées où les effets capacitifs sont couplés au modèle résistif et inductif de la structure. Plusieurs cas tests de la littérature et industriels, ont été simulés par le biais de ces schémas équivalents et comparés avec des mesures. Les bons résultats obtenus en terme de performance CEM conduite et rayonnée valident l'approche générale proposée.
Author: Michel Bareille Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 149
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La mise en œuvre de nouvelles réglementations européennes en 1996 a révélé un besoin important en méthodes de conception de circuits prenant en compte les phénomènes de pollution électromagnétique. Dans le domaine de l'Electronique de Puissance, ce constat s'accompagne de la nécessité de disposer de modèles spécifiques d'interrupteurs capables de décrire les phénomènes observés lors des commutations. Les travaux présentés dans ce mémoire concernent la mise en œuvre et l'implantation dans le logiciel SABER de modèles physiques distribués de composants de puissance (I.G.B.T., diode) en vue de la simulation de convertisseurs pour la Compatibilité Electromagnétique (C.E.M.). Ces modèles, développés initialement au L.A.A.S. par l'équipe du Professeur LETURCQ, ont tout d'abord été validés sur des circuits classiques de l'Electronique de Puissance (hacheur série, gate charge) en situation normale puis extrême de fonctionnement (I.G.B.T. en court-circuit). Deux exemples d'apports de ces modèles pour la C.E.M. ont ensuite été étudiés : influence du recouvrement inverse de la diode sur le spectre du courant dans le hacheur série simulation de la Méthode de Commande à Dérivées Continues pour le gradateur à commande symétrique. Les résultats obtenus sont en accord avec ceux disponibles dans la littérature et valident l'utilisation de ces modèles pour la simulation C.E.M. de convertisseurs dans SABER. L'I.G.B.T. et la diode ont alors été couplés à des modèles équivalents de composants passifs, de commande et d'interconnexion pour simuler de façon globale le comportement d'un convertisseur: le hacheur série sur charge inductive. Les formes d'ondes obtenues ont permis de rendre compte du fonctionnement réel du circuit à la fois à l'échelle macroscopique et à l'échelle des commutations. Cette approche devrait aboutir à un véritable prototypage virtuel permettant la prévision des perturbations émises ou reçues par un circuit de puissance, et ce dès sa conception.
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EN 10 ANS LA FREQUENCE D'HORLOGE DES CARTES ELECTRONIQUES A ETE MULTIPLIEE PAR 10 ET EN PARALLELE LA DENSITE DES POINTS CONNECTES L'A ETE PAR 5. A CELA S'AJOUTE, POUR DES RAISONS DE PERFORMANCE, UNE TENDANCE A LA MIXITE DES FONCTIONS ANALOGIQUES ET NUMERIQUES SUR UNE MEME CARTE. CE QUI ENTRAINE INEVITABLEMENT DES RISQUES DE PERTURBATIONS ELECTRIQUES ET D'AUTO-POLLUTION. CES DIFFERENTES PERTURBATIONS SONT A L'ORIGINE DES REPRISES DE CONCEPTION DES CARTES ELECTRONIQUES. FACE AU MARCHE DE L'ELECTRONIQUE DE POINTE OU GRAND PUBLIC, LES INDUSTRIELS NE PEUVENT PLUS SE PERMETTRE D'ECART DE TEMPS OU DE COUT DE DEVELOPPEMENT. IL FAUT FAIRE JUSTE DES LA PREMIERE CONCEPTION. CETTE THESE DECRIT LE CHEMINEMENT, LES METHODOLOGIES AINSI QUE LES OUTILS DE CAO QUI PERMETTENT LA PRISE EN COMPTE DE LA COMPATIBILITE ELECTROMAGNETIQUE (CEM) ET DE L'INTEGRITE DES SIGNAUX (IS) DANS LE FLUX DE CONCEPTION DES CARTES ELECTRONIQUES NUMERIQUES RAPIDES ET MIXTES. LE CHOIX D'UNE APPROCHE BASEE SUR LA SIMULATION A PERMIS DE METTRE EN EVIDENCE LE DECALAGE ENTRE LES BESOINS INDUSTRIELS ET LES PERFORMANCES DES OUTILS DE CAO. LEUR ETAT D'AVANCEMENT A NECESSITE QUE LA METHODOLOGIE DES PLANS D'EXPERIENCES SOIT COUPLEE A CEUX-CI AFIN D'OBTENIR UNE UTILISATION DE LA SIMULATION OPTIMALE. DES TRAVAUX SONT EFFECTUES SUR LA MODELISATION IBIS DES COMPOSANTS ET LA MODELISATION DES INTERCONNEXIONS. CECI A DEBOUCHE SUR LE DEVELOPPEMENT D'UNE NOUVELLE PROCEDURE AUTONOME DE CONSTRUCTION DE MODELES IBIS PAR LA MESURE, LA DEFINITION ET LA PREPARATION DU DEVELOPPEMENT D'UNE FUTURE METHODE DE MODELISATION HYBRIDE BASEE SUR LA METHODE DES MOMENTS (MOM) ET LA METHODE DES CIRCUITS EQUIVALENTS D'ELEMENTS PARTIELS (PEEC). LES MOYENS ET METHODOLOGIES DEVELOPPES ONT ETE APPLIQUES A UN CAS INDUSTRIEL A FORTES CONTRAINTES DE FONCTIONNEMENT. CETTE APPLICATION A PERMIS DE SOULIGNER LA MATURITE ET LES BONNES PERFORMANCES DES OUTILS DE SIMULATION POUR DIAGNOSTIQUER, HIERARCHISER ET RESOUDRE LES PROBLEMES D'IS/CEM LORS DE LA CONCEPTION DES CARTES ELECTRONIQUES NUMERIQUES RAPIDES ET MIXTES.
Author: Daniel Sadarnac Publisher: Editions Ellipses ISBN: 2340061792 Category : Science Languages : fr Pages : 378
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L’électronique de puissance étant désormais incontournable dans tous les domaines, l’ouvrage en développe le cadre pour un large public, du débutant souhaitant se faire une idée des grands principes, à l’ingénieur confirmé. Le livre décrit et modélise le plus fidèlement possible la réalité observable, avec l’objectif d’en tirer le meilleur parti. L’auteur privilégie les raisonnements physiques rigoureux au détriment de tout développement mathématique complexe. C’est ainsi qu’il présente la genèse, l’évolution logique et les perspectives de l’électronique de puissance. Il fournit des méthodes d’analyse performantes et il introduit de nouveaux concepts à propos du couplage inductif. De nombreux modèles originaux, électromagnétiques et thermiques, émaillent ce récit. Il y est question de convertisseurs, de commutation douce, de transformateurs et autres composants magnétiques, de matériaux magnétiques, de modes de bobinage (planar, feuillard, fil de Litz). Un programme permettant de chiffrer les pertes et le schéma équivalent d’un transformateur est proposé pour les cas difficiles.
Author: Mustapha Himeur
Author: Mustapha Himeur
Author: Guillaume Lourdel
Author: Jaleleddine Ben Hadj Slama
Author: Andriamanantsoa Ratsimandresy
Author: Moez Youssef
Author: Vincent Ardon
Author: Michel Bareille
Author: 
Author: THIERRY.. ZAK
Author: Daniel Sadarnac