Nos réalisations et projets

Projet Collaboratif Epicub - DAPE

Développer l'Automatisation de la Conception de l’Electronique de Puissance

Proposer une alternative à la conception classique en électronique de puissance

Le projet développe une méthode qui tend à automatiser la conception et fabrication de convertisseurs de puissance : les filières technologiques de puissance

Les filières technologiques sont inspirées de la microélectronique. Elles structurent les possibilités de conception en standardisant tous les éléments interfaçable dans un convertisseur de puissance.

L’approche  réseaux  de  convertisseurs  se  nourrit  de cette  idée  et  se  veut  une  alternative  à  la  conception  classique  en électronique  de  puissance.  Au delà d'être une alternative, l'approche s'inscrit dans l'optique de l'automatisation de conception en électronique de puissance (Design Automation for Power Electronics - DAPE).

Par  cette  approche,  un  convertisseur  devient une association statique ou dynamique d’un nombre plus ou moins  important  de  briques  de  conversion  élémentaires.

Théo Lamorelle (2019), Ingénieur Doctorant

Ce projet s’inscrit dans le cadre d’un contrat de collaboration entre MAATEL et le G2Elab. Ce projet est encadré par Jean-Christophe Crébier (CNRS), Yves Lembeye (G2Elab) et Jean-Christophe Podvin (Maatel).

L’étudiant en thèse Théo Lamorelle, via le lien entre ces deux entreprises, construit le projet « Développement de filières technologiques pour l’électronique de puissance ».

Développer des filières technologiques

Une filière technologique de puissance intègre et met en œuvre un nombre fini et figé de composants et logiciels via un processus technologique collectif défini, figé et fiabilisé pour répondre aux besoins d’un champ applicatif. Elle est caractérisée par un DRM (Design Rules Manual) et un PDK (Process Design Kit).

La phase de conception choisit le nombre de motifs élémentaires à mettre en œuvre et leurs associations, génère des fichiers de fabrication (gerbers, BoMs, firmware, …).  La phase de fabrication est alors lancée et on obtient un convertisseur de puissance.

Les convertisseurs appelés « réseaux de convertisseurs » issues d’une filière technologique peuvent être représentés sous une vision « power electronics building block » (PEBB).

Décomposition par bloc d’un réseau de convertisseurs dans une vision PEBB

L’approche PEBB classique présente généralement un motif répété dans des projets d’ingénierie qui tend à être optimisé pour une fonction donnée afin de le considérer comme un composant.

La figure ci-dessus présente les différents blocs qui sont majoritairement présent dans un convertisseur de puissance. La différence majeure avec l’esprit PEBB est que le souhait du projet est de dimensionner et d’optimiser l’ensemble de ces blocs sachant qu’ils fonctionnent ensemble."

L’étage de puissance est une interconnexion de « Cellules Standards de Conversion » CSCs dans une configuration donnée (série ou parallèle | entrée et sortie). Cette partie présente l’interconnexion théorique de CSCs.

Les possibilités de configuration :

  • PIPO - Parallel Input Parallel Output :
    • Interconnexion parallèle des CSCs en entrée
    • Interconnexion parallèle des CSCs en sortie
  • SISO - Series Input Series Output :
    • Interconnexion série des CSCs en entrée
    • Interconnexion série des CSCs en sortie
  • PISO - Parallel Input Series Output :
    • Interconnexion parallèle des CSCs en entrée
    • Interconnexion série des CSCs en sortie
  • SIPO - Series Input Parallel Output :
    • Interconnexion série des CSCs en entrée
    • Interconnexion parallèle des CSCs en sortie

Le mise en réseau d’une quantité « n » de CSCs permet d’atteindre des cahiers des charges électriques en tension / courant différents en fonction de la configuration. La mise en parallèle permet d’augmenter le calibre en courant tandis que la mise en série augmente le calibre en tension.

Exemple de deux CSCs configurées en PISO (gauche) et un exemple avec une configuration 2 PISO – 3 SIPO

Les CSCs et leurs interconnexions ont été optimisées pour pouvoir fonctionner ensemble et assouvir un maximum de cahier des charges.

Cela permet de déplacer la contrainte de cahier des charges électrique par un fichier de placement de clips sur les CSCs.

Pour un même PCB avec (CSCs + CSTs), différentes configurations (calibre tension / courant) se traduisent par des placements de clips différents. C’est la standardisation qui permet d’atteindre ce stade.

Exemple physique d’une CSC et d’un agencement

Cette filière technologique propose

CONVERSION

DC-DC isolée

PUISSANCE

[100W-10kW]

REFROIDISSEMENT

Forcé ou naturel

RENDEMENT GLOBAL

> 94%

DENSITE DE PUISSANCE

~5kW/L

DOMAINE

Industriel

L’apport de Maatel

Expérience industrielle

Compétences techniques

Procédés technologiques

Support logistique & financier

Références

  1. Andreta et al, "Contribution à la conception automatique de convertisseurs statiques modulaires”, SGE, Juin 2018, Nancy
  2. Lamorelle, A. Andreta, Y. Lembeye, J.-C. Crébier and J.-C. Podvin, "Design level power electronics building block: Industrial framework for DC-DC conversion," 2018 IEEE International Conference on Industrial Technology (ICIT), Lyon, France, 2018, pp. 670-675.
  3. Projet Epicub : https://www.lessor38.fr/epicub-apporte-de-la-modularite-aux-convertisseurs-electriques-19389.html