Modular decentralized control - application for multi-phase interleaved isolated and magnetically coupled converters
Contrôle modulaire décentralisé - Application aux convertisseurs multi-phasés isolés entrelacés et magnétiquement couplés
Résumé
The field of energy conversion requires, in most cases, the implementation of specific and expensive studies in order to answer to various applications with the best performances of efficiency, compactness, and EMC for example. To propose a generic and scalable solution, we are interested in the use of a network of optimized micro-converters, low power, which can be combined in series and/or in parallel, to cover a wide range of applications. Under these conditions, one single effort is to focus on the design of an optimized micro-converter which plays the role of individual cell or brick base for the establishment of the complete network. However, this means also to implement a control method adapted to many micro-converters and a communication method between all micro-converters, to ensure a good balance of power. The main objective of this thesis is to provide an integrated solution for controlling both internal commutation cells of each micro-converter and the all network itself. To achieve this, a modular and fully decentralized control solution is proposed. Three essential steps are studied: the generation of interleaved carriers, the phase currents balancing and the output variables regulation (current and / or voltage). These three steps are discussed in order to propose a fully decentralized solution. Several test cards were realized to validate each function independently. An integrated circuit (demonstrator), implementing all the necessary control functions for a 5V-2A-1MHz micro-converter has also been designed and tested. The experimental results clearly demonstrate the validity of the proposed solutions, which opens the way to a control much more adapted to these new architectures of multi-phase conversion and distributed network.
Le domaine de la conversion d’énergie requiert, la plupart du temps, la mise en œuvre d’études spécifiques et coûteuses pour répondre, avec les meilleures performances possibles (rendement, compacité, CEM), aux diverses applications. Afin de proposer une solution générique et évolutive, nous nous sommes intéressés à l’utilisation d’un réseau de micro-convertisseurs optimisés, de faible puissance, que l’on peut associer en série et/ou en parallèle, pour couvrir un large domaine d’applications. Dans ces conditions, un effort unique de réflexion est à porter sur le dimensionnement d’un micro-convertisseur optimisé qui joue le rôle de cellule élémentaire ou de brique de base pour l’établissement du réseau complet. Cependant, cela suppose de mettre en œuvre également une méthode de contrôle adaptée au grand nombre de micro-convertisseurs ainsi qu’une technique de communication entre tous les micro-convertisseurs, pour assurer un bon équilibrage de la puissance. L'objectif principal de cette thèse est de fournir une solution intégrée pour le contrôle à la fois des cellules de commutation internes du micro-convertisseur et du réseau lui-même. Pour y parvenir, une solution modulaire de contrôle entièrement décentralisé est proposée. Trois étapes essentielles sont alors étudiées : la génération des porteuses entrelacées, l’équilibrage des courants de phase et la régulation des grandeurs de sortie courant et/ou tension. Ces trois étapes sont abordées de manière à proposer une solution entièrement décentralisée. Plusieurs cartes de test ont été réalisées pour valider chaque fonction indépendamment. Un circuit intégré (démonstrateur), implémentant l’ensemble des fonctions nécessaires au contrôle d’un micro-convertisseur 5V-2A-1MHz, a également été conçu et testé. Les résultats expérimentaux montrent clairement la validité des solutions proposées, ce qui ouvre la voie vers un contrôle mieux adapté aux nouveaux types d’architectures multi-phasées et distribuées en réseau.
Origine : Version validée par le jury (STAR)