Design of a DC/DC converter very high frequency for the supply of a radar cell, contributions to integration
Conception d'un convertisseur DC/DC à très haute fréquence pour l'alimentation d'une cellule radar, contributions à son intégration
Résumé
This thesis report deals with the issue of integration of isolated DC-DC converters operating at low power high frequency and high efficiency. To begin with, the particular environment of this converter is presented. This is the field radar avionics power supply, for which electrical, mechanical, EMC specifications are hard. Therefore, this part is a starting point for the converter specifications. The bellowing study details the choice of conversion structure that seems best for both, the environment but also specifications. On the other hand, this paper discusses the feasibility of co-sintering process for the realization of magnetic components. This components.which are essential to realized such of converter. It follows the selection and implementation of a ferromagnetic ceramic material specific to our application. This step led to the characterization of a model of evolution for magnetic losses tacking into account the magnetic induction amplitude and the operating frequency. The next step is the implementation of a tools of constrained optimization sizing for magnetic components such as transformers and resonance inductors. These elements are composed of our ferromagnetic ceramic suitable for 3MHz as witching frequency. However, one of the most critical points of this study proves to driver of the power switches. The driver requires a development of an original structure without which efficiency for 3MHz converter couldn't exceed 40% to 50%. Several patents results of this structure, as the particular converter regulation mode. In conclusion, this report presents the realized prototype and the very encouraging results that we have been obtained. A critical eye is focused on this functional achieving to open on the prospects for highly integrated co-sintered converter based on this thesis.
Ce document de thèse traite de la problématique de I'intégration de convertisseurs DC-DC isolés de faible puissance fonctionnant à très haute fréquence et à haut rendement. Pour commencer, I'environnement particulier d'utilisation de ce convertisseur est présenté. II s'agit du domaine des alimentations de radars avioniques, pour lequel les spécifications tant électriques, mécaniques, que CEM sont sévères. Cette partie sert donc de point de départ, car en découle Ie cahier des charges du convertisseur. L'étude qui suit détaille Ie choix de la structure de conversion qui semble la plus adaptée à la fois à I'environnement, mais aussi au cahier des charges. D'autre part, ce document traite de la faisabilité des procédés de cofrittage en vue de la réalisation des composants magnétiques indispensables à la réalisation d'un tel convertisseur. II en decoule Ie choix et la réalisation d'un matériau céramique ferromagnétique spécifique à notre application. Cette étape a conduit à la caractérisation d'un modèle d'évolution des pertes magnétiques en fonction de I'amplitude de I'induction magnétique et de sa fréquence. L'étape suivante presente la mise en oeuvre des outils d'optimisation sous contraintes des éléments magnétiques, tels transformateurs et inductances de résonance. Ces éléments étant composés de notre céramique ferromagnétique adaptee à une fréquence de découpage de 3MHz. Toutefois, I'un des points les plus critiques de cette étude s'avère être la commande rapprochée des interrupteurs de puissance qui a nécessité la mise au point d'une structure originale sans laquelle Ie rendement du convertisseur 3MHz n'aurait pu dépasser les 40% à 50%. Cette structure ainsi que Ie mode de régulation particulier de ce convertisseur ont d'ailleurs donnés lieu à plusieurs brevets. Pour conclure, ce rapport de thèse présente Ie prototype réalisé ainsi que les résultats très encourageants qui ont été obtenus. Un regard critique est porté sur cette réalisation fonctionnelle afin d'ouvrir sur des perspectives de haut niveau d'intégration d'un convertisseur cofritté basé sur cette thèse.
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