Optimization of DC/DC converters for embedded systems including dynamic constraints - Université de Lorraine Access content directly
Theses Year : 2020

Optimization of DC/DC converters for embedded systems including dynamic constraints

Optimisation des convertisseurs DC/DC pour systèmes embarqués avec prise en compte du comportement dynamique

Abstract

To keep up with the new emission standards and improve efficiency and autonomy, the transportation sector has moved towards more electric solutions. Then, compactness, weight and efficiency are primary requirements in modern aircrafts or Electric/Hybrid vehicles. The power electronics units in the on-board electrical networks have to be designed accordingly, as it is essential to achieve very compact designs and energy conversion efficiencies very close to the unity. The wide bandgap semiconductor materials are considered as the future technology in the realization of high efficiency switched-mode power supplies. Such materials are featured by fast switching behaviour and low power losses, which allows reducing the size of the passive elements and the cooling unit of the power converter. Considering these criteria, the objective of this study concerns the development of a procedure for the optimal design of a DC/DC boost converter 350V/3kW. The converter has been designed specifically for a powertrain application. In order to ensure the proper interaction with the load (DC/AC inverter and motor) and the micro-grid on-board, the design must take into account the stability and dynamic behaviour of the converter during a possible variation of the operating point, then its control strategy. To deal with the manifold technical solutions and in order to reach the best trade-off, a Pareto front genetic approach is proposed. The developed routine consent to obtain the most convenient design solutions in terms of efficiency and compactness, which ensure the stability and the compliance with the design specification on both steady state and transients modes.
Pour se conformer aux nouvelles normes d'émission et améliorer l’efficacité et l’autonomie des véhicules, le secteur des transports s'est tourné vers des solutions plus électriques. La compacité, le poids et l'efficacité sont alors des exigences primordiales dans les avions modernes ou dans les véhicules électriques/hybrides. Dès lors, la conception des éléments de conversion de puissance électrique demande un grand soin. Il est essentiel de proposer les solutions les plus compactes possibles et présentant les hauts rendements de conversion. Dans ce contexte, les matériaux semi-conducteurs à large bande interdite sont désormais reconnus comme étant les candidats les plus appropriés. En effet, ceux-ci se caractérisent par un comportement en commutation des plus rapide et par des pertes de puissance plus faibles (commutation et conduction), ce qui permet de réduire la taille des éléments passifs et de l'unité de refroidissement du convertisseur de puissance. Compte tenu de ces critères, cette étude a pour objectif le développement d'une procédure pour le dimensionnement optimale d'un convertisseur élévateur DC/DC350V/3kW. Le convertisseur a été conçu spécifiquement pour une structure d’alimentation d’un actionneur. Afin d'assurer la bonne interaction entre la charge (onduleur DC/AC et moteur) et le micro-réseau de bord, le dimensionnement doit prendre en compte la stabilité et le comportement dynamique du convertisseur lors d'une éventuelle variation du point de fonctionnement, donc sa stratégie de contrôle. Les alternatives technologiques à un tel problème sont multiples. Une sélection par algorithme génétique avec front de Pareto est proposée. La routine développée permet d’identifier les solutions à plus hauts rendement et compacité, tout en préservant la stabilité et le respect des spécifications, aussi bien en régime permanent que transitoire.
Fichier principal
Vignette du fichier
DDOC_T_2020_0124_DELL_ISOLA.pdf (6.93 Mo) Télécharger le fichier
Origin Files produced by the author(s)

Dates and versions

tel-03049887 , version 1 (10-12-2020)

Identifiers

  • HAL Id : tel-03049887 , version 1

Cite

Davide Dell'Isola. Optimization of DC/DC converters for embedded systems including dynamic constraints. Electric power. Université de Lorraine, 2020. English. ⟨NNT : 2020LORR0124⟩. ⟨tel-03049887⟩
151 View
362 Download

Share

Gmail Mastodon Facebook X LinkedIn More