MÉTHODES NUMÉRIQUES ET OUTILS LOGICIELS POUR LA PRISE EN COMPTE DES EFFETS CAPACITIFS DANS LA MODÉLISATION CEM DE DISPOSITIFS D'ÉLECTRONIQUE DE PUISSANCE
Résumé
Given the increasing complexity of static converters present in any electrical system, design engineers need more and more powerful tools for electromagnetic modeling, especially concerning ElectroMagnetic Compatibility (EMC). The objective of this work is to take into account in the form of parasitic capacitances, the electrical coupling in high frequency in the EMC modeling of power electronics devices. Several integral formulations based on the Moment Method, and the Adaptive Multi-Level Fast Multipole Method have been developed and validated for the extraction of equivalent capacitances. This last method, which speeds up the computation times while limiting the memory space required (no full matrix storage), has been adapted to the problem to ensure more accurate results linked to the mesh. A prototype of this algorithm has been integrated into the software InCa3D, based on the PEEC method, allowing to build an equivalent circuit composed of lumped elements in which capacitive effects are coupled to the resistive and inductive model of the structure. Several test cases, from the literature or industrial applications, have been simulated by using these equivalent circuits, either in a circuit solver or in InCa3D in order to evaluate their conducted and radiated EMC performances. Finally, comparisons made with measurements gave good results and thus validate the proposed approach. Such a strategy can easily be part of any system-type modeling because it allows the treatment of complex industrial devices over a wide frequency band with a lightweight model.
Face à la complexité grandissante des convertisseurs statiques présents dans tout système électrique, les ingénieurs de conception ont besoin d'outils de modélisation électromagnétique de plus en plus performants, notamment en ce qui concerne la Compatibilité ÉlectroMagnétique (CEM). L'objectif de ce travail est de prendre en compte, sous la forme de capacités parasites, les couplages électriques en haute fréquence dans la modélisation CEM de dispositifs d'électronique de puissance. Plusieurs formulations intégrales basées sur la Méthode des Moments, ainsi que l'Adaptive Multi-Level Fast Multipole Method ont été développées et validées pour l'extraction de ces capacités équivalentes. Cette dernière méthode, qui permet d'accélérer les temps de calcul tout en limitant la place mémoire nécessaire (pas de stockage de matrice pleine), a été adaptée au problème pour garantir une meilleure précision des résultats en fonction du maillage. Un prototype de cet algorithme de calcul a été intégré dans le logiciel InCa3D, basée sur la méthode PEEC, permettant ainsi de construire un schéma électrique équivalent à constantes localisées où les effets capacitifs sont couplés au modèle résistif et inductif de la structure. Plusieurs cas tests, issus de la littérature ou d'applications industrielles, ont été simulés par le biais de ces schémas équivalents, soit dans un solveur circuit soit dans InCa3D, afin d'évaluer leurs performances CEM conduites et rayonnées. Enfin, les comparaisons réalisées avec des mesures ont donné de bons résultats et valident ainsi l'approche proposée. Une telle stratégie peut aisément faire partie de toute modélisation de type système, car elle permet de traiter des dispositifs de complexité industrielle sur une large bande de fréquences avec un modèle léger.
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