SOUTENANCE DE THESE
17/12/2014
DENIEPORT Romain 17/12/14 IEF à 14h.(Salle 44)

 SUJET Sujet : Amélioration du rendement énergétique et de la dynamique d'entrée de convertisseurs d’énergie isolés par l’utilisation de techniques analogique et numériques de pilotage.

Sous la direction de Mme : Ming ZHANG
Son directeur de recherches.
SOUTENANCE DE THESE AYANT POUR JURY :
(indiquer les noms par ordre alphabétique)
· Hervé BARTHÉLÉMY
· Philippe BÉNABES
· Francis CRENNER
· Patrick LOUMEAU
· Francis RODES
· Ming ZHANG
 
RESUME
Les travaux présentés ici proposent des convertisseurs d’énergie à haut rendement et très
large dynamique de tension d’entrée, c'est-à-dire capables de fonctionner avec un rendement
énergétique élevé sur une plage de tension d’entrée étendue (typiquement de 9V à 200V).
De multiples tensions de réseaux sont standards dans l’industrie : elles sont spécifiques à un
domaine (aéronautique, ferroviaire, …) et dépendent de la source primaire d’alimentation électrique
(batterie d’accumulateurs, génératrice, …). Au sein d’un équipement embarqué, plusieurs réseaux
peuvent cohabiter : une alimentation principale 110V et une alimentation de secours sur batterie
12V, par exemple. Le besoin de convertisseurs large dynamique d’entrée est donc une réalité, mais il
n’existe sur le marché que peu de convertisseurs capables de réaliser une dynamique d’entrée
supérieure à dix.
Dans un premier temps, nous avons étudié les enjeux et les problématiques liés à la large
dynamique d’entrée, afin de mieux cerner les limitations des topologies de puissance classiques.
Nous avons ensuite traité le cas d’une architecture de conversion d’énergie de type série, dont nous
avons amélioré le rendement énergétique grâce à l’utilisation de circuits d’aide à la commutation.
Cette solution ayant des performances limitées, nous avons proposé de nouvelles architectures de
convertisseurs DC/DC, de type parallèle, capables de supporter des dynamiques de tension d’entrée
supérieures à vingt et ayant un rendement énergétique élevé (supérieur à 80%). Nous avons
également étudié et mis en oeuvre des stratégies de commande, numériques et analogiques,
permettant de contrôler ces nouvelles topologies complexes.
Mots-clefs : convertisseurs de puissance, alimentation à découpage, dynamique d’entrée, loi de
commande, rendement énergétique
 
ABSTRACT

Power converters are present in virtually every embedded system, but many standards of DC
networks exist: the supply voltage is depending on how the power is generated (battery, alternator …)
and can range from 12V to more than 115V. When an equipment must comply with a 110V main
supply and 12V back-up supply, the use of a wide input voltage range DC/DC converter is mandatory.
Since classical switched mode power converters cannot achieve simultaneously high efficiency and
wide input voltage range, manufacturers rarely propose DC/DC converters with an input voltage
range greater than 10.
This work tackles the issue of wide input voltage power conversion. After discussing about
designs trade off and problems that stem from a wide input range, we try to improve the overall
efficiency of a classical buck-boost converter, by using non dissipative switching-aid circuits. We also
proposed a novel two stages power converter capable of dealing with very wide input voltage ranges
(more than 20), without a reduction of the power efficiency. Since those new converters are far more
difficult to control, some theoretical analysis was performed and some practical tests were done using
complex controls laws.
Key-words: DC/DC converters, wide input voltage range, switched-mode power supply, power
efficiency, control laws