Soutenance de thèse : Joao André SOARES DE OLIVEIRA

A Methodology for Designing SiC and GaN Device Based Converters for Automotive Applications

Doctorant : Joao André SOARES DE OLIVEIRA

Laboratoire INSA : Ampère

Ecole doctorale : ED160 : Electronique, Electrotechnique, Automatique

Les dispositifs à large bande interdite ou WBG permettent de concevoir des convertisseurs de puissance à des fréquences, des densités de puissance et des efficacités plus élevées, par rapport aux convertisseurs à base de silicium. La coexistence de dispositifs SiC/GaN dans la gamme 600-900 V motive une étude spécifique de ces composants et le développement de méthodes pour effectuer une meilleure sélection en fonction de l’application. Dans un premier temps, des tests statiques et dynamiques ont été effectués pour les dispositifs SiC et GaN afin de valider les modèles. Les dispositifs GaN permettent de construire les convertisseurs les plus intégrés. Un PCB instrumenté a été développé pour mesurer et estimer les pertes de commutation, incluant les points de mesure nécessaires à cet effet. Les élements parasites du schéma PCB extraits par ANSYS Q3D et les modèles de sondes de mesure ont été également inclus dans le modèle de simulation. Ainsi, au moyen d’un modèle validé, il a été possible d’évaluer les pertes totales dans un circuit optimisé. Pour les dispositifs SiC, une carte d’évaluation a été utilisée et une méthode d’estimation pour l’extraction des élements parasites a été effectuée. L’estimation de la perte en commutation est une étape importante pour la conception du convertisseur de puissance. Les conséquences d’une commutation plus rapide sur la conception du driver de grille et la disposition de la carte génèrent de nouveaux défis pour les convertisseurs basés sur les dispositifs WBG. Une estimation précise de la perte de commutation est une étape utile car elle permet d’ajuster différentes configurations de circuits en fonction des résultats de la simulation. Une simulation pour chaque dispositif cible (SiC et GaN) a été développée en considérant les principaux éléments parasites et les modèles d’instruments de mesure.