Vers une methodologie de conception des interconnexions pour les dispositifs de l'electronique de puissance
Résumé
Harmful cabling effects are well known by designers of power electronics converters. They try to decrease over voltages, losses and EMC interactions. However, interconnection design is still complex because of electromagnetic phenomena, which are not easy to predict during the design step. Classical methods and techniques based on the designer experience are not suitable to develop complex structures as ones used in industrial applications.
Firstly, a generic cabling model based on input/output terminals has been proposed. Automatic links between InCa (Inductance Computation) and circuit simulators (Saber, P-Spice) has been developed. The automated generation of "cabling" model represents a significant improvement in accurate modeling of power converters and can be included in virtual prototyping approach. This allows analyzing signals which can not be accessible with traditional measurement methods. Then, once cabling effects have been identified with the previous tools, an original approach focussed on parasitic cabling elements allows reducing disturbances and imbalance current involved by the cabling. Cabling rules are proposed from impedance matrix (matrix representation of the generic model) in order to judge the quality of the cabling and can be used as objective function in optimization process. This work represents a major improvement in cabling design.
Firstly, a generic cabling model based on input/output terminals has been proposed. Automatic links between InCa (Inductance Computation) and circuit simulators (Saber, P-Spice) has been developed. The automated generation of "cabling" model represents a significant improvement in accurate modeling of power converters and can be included in virtual prototyping approach. This allows analyzing signals which can not be accessible with traditional measurement methods. Then, once cabling effects have been identified with the previous tools, an original approach focussed on parasitic cabling elements allows reducing disturbances and imbalance current involved by the cabling. Cabling rules are proposed from impedance matrix (matrix representation of the generic model) in order to judge the quality of the cabling and can be used as objective function in optimization process. This work represents a major improvement in cabling design.
Les effets néfastes voire critiques de la connectique sont bien connus des concepteurs de convertisseurs d'électronique de puissance, qui cherchent ainsi à minimiser les surtensions, les pertes et les interactions CEM. Néanmoins le dimensionnement des interconnexions reste toujours un point délicat à cause des phénomènes électromagnétiques mis en jeu difficiles à anticiper dans une phase de dimensionnement. Les dispositifs actuels, de plus en plus complexes, ne peuvent plus se satisfaire d'une approche classique basée sur l'expérience et le bon sens des concepteurs.
Dans un premier temps un modèle générique du câblage basé sur les entrées/sorties a été proposé. La génération automatique de ce modèle à partir du logiciel InCa (Inductance Calculation) vers les simulateurs circuit (Saber, P-Spice)constitue une avancée importante dans la modélisation fine des convertisseurs et s'insère parfaitement dans le cadre du prototypage virtuel des convertisseurs. Cette approche permet l'analyse des signaux difficilement accessibles par des moyens de mesures traditionnelles. L'influence de la connectique peut ainsi être mise en évidence. Dans un second temps, une approche ciblée sur le câblage a permis de résoudre les problèmes d'interactions et de déséquilibres introduits par le câblage. Directement à partir des matrices impédances, il est alors possible de déterminer la qualité des interconnexions et de mettre en oeuvre un processus d'optimisation autour de règles de câblage. Ce travail constitue une avancée importante dans la conception des interconnexions.
Dans un premier temps un modèle générique du câblage basé sur les entrées/sorties a été proposé. La génération automatique de ce modèle à partir du logiciel InCa (Inductance Calculation) vers les simulateurs circuit (Saber, P-Spice)constitue une avancée importante dans la modélisation fine des convertisseurs et s'insère parfaitement dans le cadre du prototypage virtuel des convertisseurs. Cette approche permet l'analyse des signaux difficilement accessibles par des moyens de mesures traditionnelles. L'influence de la connectique peut ainsi être mise en évidence. Dans un second temps, une approche ciblée sur le câblage a permis de résoudre les problèmes d'interactions et de déséquilibres introduits par le câblage. Directement à partir des matrices impédances, il est alors possible de déterminer la qualité des interconnexions et de mettre en oeuvre un processus d'optimisation autour de règles de câblage. Ce travail constitue une avancée importante dans la conception des interconnexions.