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Optimal design of Planar inductors using PCB windings and mixed materials

Posted on the 15th September 2021

CDD thèse CIFRE de 3 ans (H/F)

Partenaire industriel :

MITSUBISHI ELECTRIC R&D CENTRE EUROPE (MERCE)
1 allée de Beaulieu, CS 10806, 35708 Rennes Cedex 7, France
Site web: http://www.mitsubishielectric-rce.eu/

Partenaire académique :

L2EP, Laboratoire d’Electrotechnique et d’Electronique de Puissance (Lille)

Thèmes de recherche : Composants magnétiques, Pertes Cuivre HF, Enroulements PCB, Design optimal, Electronique de Puissance

Référence : GLF_PhD_2021_L2EP

Sujet proposé par : Guillaume LEFEVRE (MERCE), Xavier MARGUERON (L2EP), Fréderic GILLON (L2EP)

Contexte de la thèse

Les composants magnétiques (transformateurs et inductances) sont indispensables au bon fonctionnement des convertisseurs d’électronique de puissance (EP).

Suite à l’émergence de nouveaux composants actifs de puissance à grand gap (SiC, GaN), les composants magnétiques apparaissent désormais comme le verrou technologique à débloquer dans les années futures pour accroitre les performances des convertisseurs de puissance haute fréquence (HF), notamment en termes de densité de puissance et d’efficacité énergétique.

Les domaines des transports décarbonés et des énergies renouvelables ont recours à l’utilisation de convertisseurs DC/DC fort courant, pour répondre aux besoins des systèmes et des utilisateurs.

Ces spécifications électriques engendrent des contraintes importantes, notamment sur les inductances de filtrage.

Dans ce contexte, Mitsubishi Electric Research Centre Europe (MERCE) investigue des solutions technologiques permettant la réalisation de dispositifs de conversion à haute densité d’énergie volumique et massique, à coût contrôlé et fiabilité élevée.

L’équipe Design and Integration Technologies (DIT) est impliquée dans le domaine de l’intégration hétérogène basée sur les technologies PCB, mais également sur les stratégies de design optimal multi-objectifs.

Les récents développements dans le domaine de l’encapsulation de puces semi-conductrices ont permis de tirer le plein potentiel de technologies à grand gap mais il n’en demeure pas moins que peu d’avancées significatives ont permis d’améliorer les composants passifs, magnétiques en particulier.

Ces derniers restent à ce jour le point d’achoppement des convertisseurs en termes de volume et de masse.

Sujet de la thèse

L’objectif de ces travaux de thèse sera de travailler sur une nouvelle génération d’inductance optimisée pour les applications DC/DC HF fort courant avec, potentiellement, un niveau élevé d’ondulation.

Ceci passera par le développement d’un outil de dimensionnement et de conception optimale dédié à ces inductances de nouvelle génération et permettant un accroissement des performances, tant d’un point de vue efficacité énergétique que densité de puissance.

Pour cela, il conviendra de maitriser les aspects magnétiques et thermiques ainsi que les pertes dissipées par ces composants. Ces inductances seront basées sur des briques technologiques type Printed Circuit Board (PCB) pour les enroulements et association de matériaux à forte et faible perméabilités pour les noyaux magnétiques (typiquement ferrite et poudres FeNi).

Les PCB présentent de nombreux avantages d’un point de vue industriel, notamment en termes de reproductibilité et de maitrise des éléments parasites.

Les matériaux à faible perméabilité permettent, quant à eux, de créer des zones d’entrefer réparti en limitant les effets d’épanouissement des lignes de champ autour du ou des entrefers (sur la jambe centrale ou sur les 3 jambes d’un noyau de type E en ferrite), ces dernières induisant des pertes importantes et localisées dans les conducteurs à proximité des entrefers.

Verrous scientifiques (détaillé en PJ)

Déroulement de la thèse (détaillé en PJ)

Démarrage : à partir du 1er Décembre 2021 – rapports mensuels (1 page) et réunions trimestrielles (alternativement au laboratoire d’accueil et sur le site de MERCE à Rennes) non incluses dans le temps de présence mentionné ci-dessous

Temps de présence : principalement au L2EP (~75% du temps), avec des visites régulières à MERCE Rennes

Compétences requises

Contact

Merci d’adresser CV, lettre de motivation, relevés de notes et références en format pdf par mail (en précisant en objet : votre nom et la référence GLF_PhD_2021_L2EP) au contact suivant -> jobs@fr.merce.mee.com