Contributions à l'atténuation des interférences électromagnétiques par commande rapprochée des transistors IGBT : une nouvelle approche du profil de paliers du courant de grille et une nouvelle figure de mérite à des fins d’évaluation

En électronique de puissance, la conception des convertisseurs de puissance a toujours été confrontée à la nécessité de réduire la taille et le poids des composants, tout en cherchant à améliorer le rendement. L'augmentation de la fréquence de commutation et la réduction des temps de commutation sont deux moyens efficaces pour atteindre ces objectifs, mais ils s’accompagnent d’une augmentation des interférences électromagnétiques (EMI). En effet, les signaux présentant des fronts de commutation (montée et descente) rapides contiennent des composantes haute fréquence (HF) susceptibles de se propager de manière conduite et/ou rayonnée, affectant les systèmes voisins ou même le convertisseur de puissance lui-même. Afin de satisfaire les contraintes de compatibilité électromagnétique, des filtres et des blindages peuvent être utilisés. Toutefois, cela annule les avantages initialement attendus de l'augmentation de la fréquence du convertisseur, tout en augmentant son coût global. Une autre approche possible consiste à agir à la source. Dans ce cadre, cette étude se concentre uniquement sur les transistors MOSFET ou IGBT. Pour ces composants, les fronts de commutation sont fortement déterminés par la charge injectée dans la grille du transistor par la commande rapprochée. Par conséquent, le niveau de perturbation EMI peut être contrôlé par ce dernier. Et cela ne se limite pas à un simple ralentissement de la commutation, qui aurait un impact négatif sur les pertes de commutation, mais vise plutôt à façonner en profondeur les fronts de montée et de descente. En effet, il a été théoriquement démontré que, pour un temps de commutation donné, la forme optimale de la fonction de commutation permettant d’atténuer les perturbations HF est gaussienne. L’objectif de cette thèse est de développer une technique de commande de grille d'IGBT qui se rapproche de cette condition optimale. Cette technique repose sur un profil de courant en paliers (Current Step Profile - CSP) contrôlant les différentes étapes de charge de la grille, en exploitant les amplitudes des paliers de courant et leurs temps d’application comme degrés de liberté pour atteindre cet objectif. Son implémentation utilise une source de courant contrôlée en tension à base de FPGA. De plus, afin de valider les résultats obtenus (à la fois en simulation et expérimentalement), une nouvelle figure de mérite (FOM) basée sur le principe d’incertitude de Heisenberg-Gabor est présentée. Elle peut être appliquée non seulement aux signaux de référence théoriques, mais aussi à tout résultat expérimental pouvant alors être caractérisé quantitativement selon ce critère EMI. Enfin, la technique de commande de grille proposée a été comparée expérimentalement à un driver commercial courant (IR2110) ainsi qu'à une autre technique de contrôle actif des fronts de commutation, connue dans la littérature sous le nom de "Commande Autour de la Tension de Seuil" (CATS en français)