MODELESATION THERMIQUE D’UNE BOBINE PLANAIR

Abstract

Le travail présenté dans ce mémoire représente une contribution à la réduction du volume, d’éléments passifs pour des applications de conversion d’énergie ainsi que leur modélisation thermique. Notre point d’intérêt était les bobines qui sont des composants magnétiques utilisées pour divers fonctions. Leurs présence est cruciale que ce soit dans les dispositifs d’informatique, dans l’automobile, dans l’aéronautique, et même dans les dispositifs électroménagers. Nous devrions donc choisir un type de bobine, réduire son volume, et s’assurer de son bon fonctionnement afin l’intégrer dans un convertisseur d’énergie. Apres avoir fait un survol bibliographique sur différents types de bobines, notre choix s’est posé sur une bobine de forme spirale planaire circulaire avec un noyau ferromagnétique sous forme de bloc pris en sandwich entre le substrat et l’isolant. Notre objectif était le dimensionnement géométrique de notre bobine dans le but de réduire son volume et l’intégrer dans un micro-convertisseur Buck DC/DC abaisseur de tension. Le dimensionnement géométrique était réalisé tout en prenant en compte les effets parasites qui peuvent nuire au bon fonctionnement de la bobine. Nous avons dans un premier temps, dimensionné le noyau de la bobine, de sorte que son micro - volume convertisseur. puisse emmagasiner l’énergie nécessaire au bon fonctionnement du Le volume du noyau étant calculé, ceci nous a permis de dimensionner les paramètres géométriques de la bobine de façon à atténuer les effets parasites gênants. Ces paramètres sont : les diamètres interne et externe de la bobine, le nombre de spire, la largeur et l’épaisseur du conducteur, ainsi que la longueur de la spirale. Les données des paramètres géométriques étaient introduites dans le logiciel FEMM4.2 pour visualiser les différents effets électromagnétiques de la bobine, afin de nous assurer qu’elle fonctionne correctement. Nous avons donc visualisé la distribution des lignes de champ magnétique, la densité du flux d’induction magnétique, ainsi que la densité du courant électrique circulant dans la bobine spirale planaire dimensionnée. Les resultats etaient tres encourageants. Un circuit électrique de la bobine spirale planaire a été présenté dans deux cas de bobine: une bobine avec noyau et une autre sans noyau. Le circuit électrique est déduit de la coupe transversale de la bobine et des diffèrent champs électromagnétiques de la bobine. Dans la derniere partie de ce mémoire, ceci veut dire dans le chapitre IV, nous nous somme orienté vers la thermique de notre bobine spirale planaire et le calcul des températures des différentes couches qui la constituent. Apres avoir présenté quelques méthodes permettant de décrire séparément les trois modes de transfert thermique : conduction, convection et rayonnement, nous avons opté pour une la méthode nodale qui est une méthode numérique basée sur la considération des nœuds, et découle directement de l’analogie avec la théorie de la conduction électrique. En se servant de la méthode modale, nous avons posé notre circuit thermique afin d’estimer les températures des différentes couches empilées composant cette bobine. Pour calculer les températures des différentes couches de différents matériaux empilés de la bobine, nous avons d’abord calculé les résistances thermiques de chacune des couches. Le calcul de ces résistances était nécessaire pour déterminer la température des quatre couches : les couches de cuivre, de silice, de permalloy et de silicium. . Ces températures étaient calculées en fonction des pertes dans le conducteur en cuivre au prix d’approximations acceptables. Les valeurs des températures calculées étaient dans la gamme acceptable des températures de fonctionnement des dispositifs d’électronique de puissance. Donc les resultats étaient encourageants.