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09 jan
09/01/2017 10:00

RECHERCHE

Soutenance de thèse : Rémi Perrin

Characterization and Design of High-Switching speed Capability of GaN Power Devices in a 3-Phase Inverter

Doctorant : Rémi Perrin

Laboratoire INSA : Ampère
Ecole doctorale : ED160 EEA

Le projet industriel français MEGaN vise le développement de module de puissance à base de compostant HEMT en GaN. Une des applications industrielles concerne l’aéronautique avec une forte contrainte en isolation galvanique (>100 kV/µs) et en température ambiante (200°C). Le travail de thèse a été concentré sur une brique module de puissance. L’objectif est d’atteindre un prototype de facteur de forme peu épais et embarquant l’ensemble des fonctions driver, alimentation de driver, la capacité de bus et capteur de courant phase.

Les travaux ont contribué à la caractérisation de plusieurs composants GaN afin de mûrir des modèles pour la simulation circuit de topologie de convertisseur.

Une première proposition d’alimentation isolée pour le driver de grille a privilégié l’utilisation de composants GaN. La topologie Flyback résonante avec clamp permet de tirer le meilleur parti de ces composants mais pose la contrainte du transformateur de puissance. Plusieurs technologies pour la réalisation du transformateur ont été validées expérimentalement et notamment une proposition originale enfouissement du composant magnétique au sein d’un substrat polymère haute-température. En particulier, un procédé de fabrication permet d’obtenir un dispositif fiable (1000 H de cyclage entre - 55 ; + 200°C), avec un rendement intrinsèque de 88 % pour 2 W

transférés. Deux prototypes d’alimentations à forte intégration utilisent soit les transistors GaN basse tension (2.4 MHz, 2 W, 74 %, 6 cm2), soit un circuit intégré dédié en technologie CMOS SOI (1.2 MHz, 2 W, 77 %, 8.5 cm2).

Le manuscrit propose par la suite une solution intégrable de mesure de courant de phase du bras de pont, basé sur une magnétorésistance. Enfin, deux prototypes de convertisseur sont décrits, dont une a pu faire l’objet d’une validation expérimentale démontrant des pertes en commutation réduites.

Informations complémentaires

  • Amphithéâtre Emilie du Châtelet - Bibliothèque Marie Curie - INSA Lyon