Fondamentaux d’électronique de puissance

Programme

PROGRAMME ASYNCHRONE À SUIVRE AVANT LE COURS EN PRÉSENTIEL

• Vidéos

  • Les Condensateurs dans les filtres.
  • Les Inductances dans les filtres.
  • Les Diodes et les Transistors en commutation.
  • Structures fondamentales de l’électronique de puissance : hacheurs et élévateurs.
  • Commutation des transistors et des diodes.

PROGRAMME EN PRÉSENTIEL

• PRINCIPE DU DÉCOUPAGE : CELLULE DE COMMUTATION - Durée : 0.25 Jour

  • Ce cours introduit les principes du découpage dans les circuits électroniques, en particulier la cellule de commutation. Les participants découvriront les fondements de la conversion d'énergie par découpage et les caractéristiques des cellules de commutation incluant transistor, diode et inductance, utilisées dans les convertisseurs de puissance. Principes fondamentaux de l'électronique de puissance et utilisation de l'électronique de puissance. Dispositifs semi-conducteurs de base. Mise en place de dispositifs électroniques de puissance. Les composants de l'électronique de puissance : les semi-conducteurs et les passifs (L, C). Principe du découpage. La cellule de commutation, détermination des caractéristiques statiques. Notion de commutation naturelle, influence de la tension d'alimentation et du courant de charge sur la nature des commutations.

• MÉCANISMES DES COMMUTATIONS : TECHNOLOGIES ADAPTÉES - Durée : 0.25 Jour

  • Ce cours explore les mécanismes de commutation et les technologies adaptées autour de la cellule de pour optimiser ce processus : diodes, IGBT, MOSFET, technologies de semiconducteurs, drivers, filtres de sortie et filtre d’entrée. Les participants apprendront les techniques pour réduire les pertes de commutation et améliorer l'efficacité des dispositifs de puissance.
  • Commutation des composants : caractéristique dynamique, commutation et commande des MOSFETs, IGBTs et des diodes de puissance : comportement dynamique dans un cellule de commutation. Influence des capacités et des inductances parasites du circuit réel. Circuits d’aide à la commutation. Limitations, contraintes et performance de la commutation : calcul des pertes par conduction et par commutation.

• SCHÉMAS DE BASE POUR LA CONVERSION DC-DC - Durée : 0.25 Jour

  • Ce cours présente les schémas de base utilisés pour les convertisseurs DC-DC, y compris les topologies Buck, Boost, et Buck-Boost. Les participants examineront les principes de fonctionnement, les applications, les inconvénients et les avantages de chaque topologie.
  • Principes de la conversion continue-continue. Hacheur série (Buck), parallèle (Boost) à stockage inductif (Buck- Boost), à stockage capacitif (Cuk, Sepic et Zeta) : principes, fonctionnement, contraintes, dimensionnement et facteurs de dimensionnement, ondulations de tension et de courant, modes continus et discontinus. Comparaison entre les topologies : avantages et inconvénients. Commande : choix du rapport cyclique, différents types de commandes : fréquence fixe, fréquence variable, commande en courant en fourchette et auto-oscillante.

• COMPARAISON DES SCHÉMAS : MODES DE FONCTIONNEMENT - Durée : 0.25 Jour

  • Dans ce cours, les différentes topologies de conversion DC-DC sont comparées en fonction de leurs modes de fonctionnement en conduction continue et discontinue. Les participants étudieront les critères de sélection des schémas selon les contraintes de rendement, de compacité et de coût.

• TECHNOLOGIE DES INDUCTANCES - Durée : 0.25 Jour

  • Ce module couvre les technologies et caractéristiques des inductances, composants essentiels dans les circuits de conversion d'énergie. Les participants découvriront les différents types d’inductances, les matériaux utilisés, les bobinages, les choix de matériaux, l’influence de la fréquence et les méthodes de dimensionnement détaillées. Caractéristiques idéales et réelles, limitation en fréquence.
  • Inductances : principes, fonctionnement, technologie, contraintes, performance, limites, modélisation et dimensionnement.
  • Compacité des composants magnétiques : augmentation de la fréquence de découpage, minimisation des pertes pour réduire la surface nécessaire de dissipation thermique, optimisation de la topologie du convertisseur. Le facteur de mérite des matériaux. Les matériaux magnétiques de l’électronique de puissance et leur gamme de fréquence optimale. Les pertes par courants de Foucault. Différentes formes de circuits magnétiques. Matériaux amorphes, matériaux nanocristallins, nature des ferrites ; intérêt des matériaux à faible perméabilité dans la réalisation d’inductances. Le fil de Litz. La technologie du PCB multicouches. Influence du choix du convertisseur sur les dimensions du transformateur.

• TECHNOLOGIE DES TRANSFORMATEURS - Durée : 0.25 Jour

  • Ce cours explore les technologies de conception et de fabrication des transformateurs. Les participants apprendront les critères de sélection des matériaux et les techniques pour optimiser l'efficacité des transformateurs dans les circuits de puissance. Caractéristiques idéales et réelles, limitation en fréquence. Transformateur : principes, fonctionnement, technologie, contraintes, performance, limites, modélisation et dimensionnement.
  • Compacité des composants magnétiques : augmentation de la fréquence de découpage, minimisation des pertes pour réduire la surface nécessaire de dissipation thermique, optimisation de la topologie du convertisseur. Le facteur de mérite des matériaux. Les matériaux magnétiques de l’électronique de puissance et leur gamme de fréquence optimale. Les pertes par courants de Foucault. Différentes formes de circuits magnétiques. Matériaux amorphes, matériaux nanocristallins, nature des ferrites ; intérêt des matériaux à faible perméabilité dans la réalisation d’inductances. Le fil de Litz. La technologie du PCB multicouches. Influence du choix du convertisseur sur les dimensions du transformateur.

• TECHNOLOGIES DES CONDENSATEURS - Durée : 0.25 Jour

  • Ce cours présente les différents types de condensateurs, leurs caractéristiques et leurs applications en électronique de puissance. Les participants étudieront les spécifications critiques pour les applications de filtrage, découplage, et stockage d’énergie. Caractéristiques idéales et réelles, limitation en fréquence. Capacités : principes, fonctionnement, technologie, contraintes, performance, limites, modélisation et dimensionnement.

• TECHNOLOGIES DES SEMI-CONDUCTEURS ET DE LEUR PACKAGING - Durée : 0.25 Jour

  • Ce cours se concentre sur les technologies des semi-conducteurs, incluant les procédés de fabrication et les techniques de packaging. Les participants découvriront comment le packaging influence la performance thermique et électrique des composants. Caractéristiques statiques, changements d'état d'un interrupteur, classification des interrupteurs (2, 3 et 4 segments), diodes, transistors, physique de fonctionnement du composant et technologies.

• TD/TP PRINCIPE DU DÉCOUPAGE : CÉLLULE ET MÉCANISMES DE COMMUTATION - Durée : 0.25 Jour

  • Ce cours pratique permet aux participants d'appliquer les principes du découpage et des mécanismes de commutation dans des exercices et des travaux dirigés. Ils réaliseront des montages pour observer et analyser le fonctionnement des cellules de commutation.

• TD/TP TOPOLOGIES DE BASE POUR CONVERSION DC-DC : MODES DE FONCTIONNEMENT - Durée : 0.25 Jour

  • Ce cours pratique permet de tester les différentes topologies de conversion DC-DC, en observant leurs performances et modes de fonctionnement. Les participants appliqueront les concepts théoriques pour analyser les paramètres de rendement et de stabilité.

• ARCHITECTURE ÉLECTRIQUE & PROTECTION (partie 1) - Durée : 0.25 Jour

  • Ce cours introduit les principes d'architecture électrique et de protection dans les systèmes de puissance. Les participants découvriront les éléments de base pour concevoir une architecture fiable et les méthodes de protection des circuits électroniques. Principes, utilisation et fonctionnement du câblage et des connecteurs. Technologies et propriétés des technologies de câblage et de connectique. Contraintes technico-économiques des architectures électriques. Industrialisation et intégration.

• ARCHITECTURE ÉLECTRIQUE & PROTECTION (partie 2) - Durée : 0.25 Jour

  • Suite de la première partie, ce cours approfondit les concepts d'architecture et de protection, avec un focus sur les systèmes avancés de protection contre les surtensions, les surintensités et les conditions de court-circuit. Fusibles, relais, coupes circuits, éclateurs. Mesure de l’isolement, mesure des courants de fuite. Détection des courts-circuits. Réglementation. Protection des personnes et du matériel. Principes de fonctionnement. Technologies. Intégration et exemples de topologies dans les véhicules électrifiés où ces composants interviennent. Dimensionnement. Contraintes techniques et économiques. Industrialisation et intégration. Benchmark et roadmap.

• FIABILITE DES SYSTÈMES ÉLECTRONIQUES - Durée : 0.25 Jour

  • Ce module aborde les notions de fiabilité en électronique, incluant les méthodes pour évaluer et améliorer la durabilité des composants et des systèmes. Les participants étudieront les facteurs de dégradation et les techniques de test pour prédire la durée de vie des composants.

• DEFAILLANCE DES SYSTÈMES ÉLECTRONIQUES - Durée : 0.25 Jour

  • Ce cours traite des types de défaillances courantes dans les systèmes électroniques, leurs causes, et les méthodes pour prévenir ou minimiser ces défaillances. Les participants découvriront des stratégies de maintenance prédictive et de diagnostic.

• ISOLATION HV ET ISOLANTS DES SYSTÈMES ÉLECTRONIQUES - Durée : 0.25 Jour

  • Ce module cours les principes de l'isolation haute tension (HV) dans les systèmes électroniques, ainsi que les différents types d'isolants utilisés. Les participants apprendront les critères de sélection des isolants et leur rôle dans la sécurité des systèmes haute tension.

• REFROIDISSEMENT DES SYSTÈMES ÉLECTRONIQUES - Durée : 0.25 Jour

  • Ce cours se concentre sur les techniques de refroidissement pour les systèmes électroniques, notamment les dissipateurs thermiques, les ventilateurs, et le refroidissement liquide. Les participants découvriront les défis thermiques et les solutions pour garantir une performance stable des composants. Dimensionnement du refroidissement des composants de puissance. Calcul des pertes des composants, modélisation thermique des composants et du refroidisseur. Cyclage thermique et durabilité des composants : profil des températures en fonction du profil d’utilisation du convertisseur : approche système. Détermination du cahier des charges en température. Enjeu de la miniaturisation de ces composants. Nature des pertes thermiques, zones sensibles et risques. Modes de refroidissement globaux : air, liquide (monophasique, diphasique) ; enjeux. Exemples de mises en œuvre.

• PROCESS DE FABRICATION : CIRCUITS IMPRIMÉS & ASSEMBLAGE SUR PCB - Durée : 0.25 Jour

  • Ce cours couvre le processus de fabrication des circuits imprimés (PCB) et l'assemblage des composants. Les participants apprendront les étapes de conception des PCB et les technologies d’assemblage pour optimiser la qualité et la fiabilité des circuits. Technologies, contraintes et limitations. Contraintes technico-économiques. Comportement en thermique et en vibratoire. Règles de dimensionnement : distances d’isolation, épaisseur et longueur des pistes. Nombre de couches. Importance du routage des circuits imprimés vis à vis de la performance de l’électronique de puissance : impact sur la CEM et la durabilité. Propriétés des technologies. Contraintes technico-économiques. Industrialisation et intégration. Benchmark et roadmap.

• PROCESS DE FABRICATION : TESTS D'ASSEMBLAGE & INTÉGRATION - Durée : 0.25 Jour

  • Ce cours explore les techniques de test d’assemblage et d’intégration des systèmes électroniques. Les participants découvriront les méthodes pour vérifier l’intégrité des connexions et des soudures, ainsi que les essais fonctionnels après assemblage.

• EXAMEN & TRAVAUX DIRIGÉS - Durée : 0.25 Jour

  • Cette session finale évalue les connaissances acquises au cours de la semaine. Les participants auront l'occasion d’appliquer les concepts étudiés dans des travaux dirigés, afin de renforcer leur compréhension pratique des sujets abordés.
  • Tous les cours de ce module feront l'objet d'applications en travaux pratiques, de travaux dirigés ou d'études de cas.