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Conception d’une inductance planaire sur NiFe Application : Micro convertisseur abaisseur DC/DC / MEDJAOUI Fatima Zohra 

Public ISBD Titre : Conception d’une inductance planaire sur NiFe Application : Micro convertisseur abaisseur DC/DC Type de document : document électronique Auteurs : MEDJAOUI Fatima Zohra, Auteur Année de publication : 2018-2019 Accompagnement : CD Langues : Français (fre) Catégories : Electrotechnique:Intégration pour l’Electronique de Puissance et Matériaux Mots-clés : Intégration, Kapton, bobine planaire, micro convertisseur, dimensionnements, paramètres technologiques, substrat en ferrite. Résumé : Les travaux de recherche présentés dans ce mémoire s’inscrivent dans le cadre de l’intégration hybride et monolithique des systèmes de conversion et concernent plus particulièrement l’intégration de composants passifs. Pratiquement, il s’agit de l’étude et de la réalisation d’une bobine planaire en vue d’une utilisation dans un convertisseur. Ces travaux ont été effectués au sein du Laboratoire Laplace de Toulouse pour la partie réalisation et dans l’équipe Intégration pour l’Electronique de Puissance et Matériaux du Laboratoire d’Electronique de Puissance Appliquée à l’USTO-MB, pour la partie simulation. Dans un premier temps, à partir d’un cahier des charges très sommaire, nous avons cherché à déterminer le fonctionnement optimal de notre dispositif à réaliser vis-à-vis de l’ensemble des paramètres que nous avons pris en compte. Il s’agit des paramètres géométriques et électriques, de la fréquence de fonctionnement et des valeurs géométriques des différents matériaux composant le substrat, matériaux magnétiques et isolants. Le survol bibliographique a mis en évidence que l’intégration ne peut pas être vue comme une simple miniaturisation ou une «copie homothétique» des structures existantes, mais nécessite de repenser entièrement l’architecture avec l'apport de solutions innovantes. Fort de ces résultats, nous nous sommes proposé de concevoir une bobine planaire spirale carrée afin de l’insérer dans un dispositif de conversion d’énergie. La structure choisie, un micro-convertisseur type Buck, devra comporter une bobine, car celle-ci présente l’élément que nous envisageons d’intégrer. La structure de notre micro-convertisseur est assez simple, puisqu’il n’est pas question ici d’essayer de trouver une structure innovante et d’en étudier les avantages et inconvénients, mais d’utiliser une structure de base afin de pouvoir l’intégrer sans trop de difficultés. Le comportement magnétothermique est une opération incontournable dans la conception d’une bobine planaire. L’étude magnétothermique consiste en la visualisation pour le volet magnétique, de la distribution des densités de courant, des lignes de champ magnétique et du potentiel électrique afin de déterminer une distribution optimale du courant et du potentiel électrique dans le conducteur et par conséquent avoir une bonne distribution des lignes de champ. Pour le volet thermique, il s’agit de visualiser la distribution de la température de l’ensemble bobine-substrat avec la prise en compte de l’écoulement de l’air au voisinage immédiat de la bobine, dû essentiellement à l’augmentation à sa densité (convection naturelle). Notons que ce phénomène de convection n’a jamais été pris en compte dans ce genre de situation. Les résultats ont montré pour le comportement magnétique que les lignes de champ et de potentiel sont d’abord confinées pour les petits gaps et se dispersent dans l’espace du gap à mesure que ce dernier augmente. De plus, la répartition de la densité de flux est maximum pour un gap égal à zéro, c'est-à-dire pour une bobine complètement enfermée entre les deux noyaux magnétiques. Elle diminue avec l’augmentation du gap. Pour ce qui du potentiel, le gap a peu d’incidence sur ce dernier. En effet, quelle que soit la valeur du gap, sa répartition change très peu. Pour le comportement thermique, la distribution de la température est quasi identique pour tous les matériaux, elle est maximale au- dessus de la bobine et diminue en s’éloignant vers les zones périphériques. Au voisinage immédiat de la bobine, nous remarquons que la distribution de la température est caractérisée des fluctuations qui sont dues à la présence de zones chaudes (les spires) et de zones qui ne génèrent pas de chaleurs (les inter-spires). La fabrication d’une inductance intégrée fait appel aux techniques de la microélectronique ainsi que celles du micro-usinage. Directeur de thèse : HAMID Azzedine Conception d’une inductance planaire sur NiFe Application : Micro convertisseur abaisseur DC/DC [document électronique] / MEDJAOUI Fatima Zohra, Auteur . - 2018-2019 . -  + CD. Langues : Français (fre) Catégories : Electrotechnique:Intégration pour l’Electronique de Puissance et Matériaux Mots-clés : Intégration, Kapton, bobine planaire, micro convertisseur, dimensionnements, paramètres technologiques, substrat en ferrite. Résumé : Les travaux de recherche présentés dans ce mémoire s’inscrivent dans le cadre de l’intégration hybride et monolithique des systèmes de conversion et concernent plus particulièrement l’intégration de composants passifs. Pratiquement, il s’agit de l’étude et de la réalisation d’une bobine planaire en vue d’une utilisation dans un convertisseur. Ces travaux ont été effectués au sein du Laboratoire Laplace de Toulouse pour la partie réalisation et dans l’équipe Intégration pour l’Electronique de Puissance et Matériaux du Laboratoire d’Electronique de Puissance Appliquée à l’USTO-MB, pour la partie simulation. Dans un premier temps, à partir d’un cahier des charges très sommaire, nous avons cherché à déterminer le fonctionnement optimal de notre dispositif à réaliser vis-à-vis de l’ensemble des paramètres que nous avons pris en compte. Il s’agit des paramètres géométriques et électriques, de la fréquence de fonctionnement et des valeurs géométriques des différents matériaux composant le substrat, matériaux magnétiques et isolants. Le survol bibliographique a mis en évidence que l’intégration ne peut pas être vue comme une simple miniaturisation ou une «copie homothétique» des structures existantes, mais nécessite de repenser entièrement l’architecture avec l'apport de solutions innovantes. Fort de ces résultats, nous nous sommes proposé de concevoir une bobine planaire spirale carrée afin de l’insérer dans un dispositif de conversion d’énergie. La structure choisie, un micro-convertisseur type Buck, devra comporter une bobine, car celle-ci présente l’élément que nous envisageons d’intégrer. La structure de notre micro-convertisseur est assez simple, puisqu’il n’est pas question ici d’essayer de trouver une structure innovante et d’en étudier les avantages et inconvénients, mais d’utiliser une structure de base afin de pouvoir l’intégrer sans trop de difficultés. Le comportement magnétothermique est une opération incontournable dans la conception d’une bobine planaire. L’étude magnétothermique consiste en la visualisation pour le volet magnétique, de la distribution des densités de courant, des lignes de champ magnétique et du potentiel électrique afin de déterminer une distribution optimale du courant et du potentiel électrique dans le conducteur et par conséquent avoir une bonne distribution des lignes de champ. Pour le volet thermique, il s’agit de visualiser la distribution de la température de l’ensemble bobine-substrat avec la prise en compte de l’écoulement de l’air au voisinage immédiat de la bobine, dû essentiellement à l’augmentation à sa densité (convection naturelle). Notons que ce phénomène de convection n’a jamais été pris en compte dans ce genre de situation. Les résultats ont montré pour le comportement magnétique que les lignes de champ et de potentiel sont d’abord confinées pour les petits gaps et se dispersent dans l’espace du gap à mesure que ce dernier augmente. De plus, la répartition de la densité de flux est maximum pour un gap égal à zéro, c'est-à-dire pour une bobine complètement enfermée entre les deux noyaux magnétiques. Elle diminue avec l’augmentation du gap. Pour ce qui du potentiel, le gap a peu d’incidence sur ce dernier. En effet, quelle que soit la valeur du gap, sa répartition change très peu. Pour le comportement thermique, la distribution de la température est quasi identique pour tous les matériaux, elle est maximale au- dessus de la bobine et diminue en s’éloignant vers les zones périphériques. Au voisinage immédiat de la bobine, nous remarquons que la distribution de la température est caractérisée des fluctuations qui sont dues à la présence de zones chaudes (les spires) et de zones qui ne génèrent pas de chaleurs (les inter-spires). La fabrication d’une inductance intégrée fait appel aux techniques de la microélectronique ainsi que celles du micro-usinage. Directeur de thèse : HAMID Azzedine

Exemplaires

Code-barres	Cote	Support	Localisation	Section	Disponibilité
1646	02-10-542	Version numérique et papier	Bibliothèque USTOMB	Thèse de Doctorat	Exclu du prêt

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