Modélisation électrique d’une bobine planaire et étude des effets parasites liés au modèle

Abstract

Le travail présenté dans ce mémoire représente une contribution à l’intégration d’éléments passifs pour des applications de puissance. Notre objectif majeur est le dimensionnement géométrique d’une bobine, afin de l’intégrer dans un micro-convertisseur DC/DC élévateur de tension de type Boost, destiné à la conversion d'énergie de faible puissance. À partir des conditions de fonctionnement de ce convertisseur, nous avons effectué le dimensionnement d’une bobine de forme spirale planaire carrée, avec un noyau ferromagnétique pris en sandwich entre le substrat et l’isolant. Le but de cette contribution est de réduire le volume de la bobine tout en prenant en considération les différents effets parasites générés par l’empilement des couches de cette dernière. Le plan de travail de notre mémoire est structuré comme suit : Dans le premier chapitre nous avons donné un aperçu général sur les composants passifs (en particulier les bobines) ainsi que les effets électromagnétiques caractérisant chacun des composants. Nous avons également présenté dans ce chapitre, les bobines intégrées et leurs différentes topologies.. Dans le chapitre II, après avoir présenté les différents paramètres géométriques des bobines électromagnétiques qui peuvent coexister dans une ce type de bobine. Ces champs sont bien évidemment la source de pertes énergétiques. Les différents paramètres technologiques caractérisant ces pertes ont été décrits à partir de leurs expressions mathématiques. Dans ce chapitre, nous avons également passé en revue les différents matériaux rentrant dans la fabrication des bobines planaires spirales. spirales planaires, nous avons défini

les différents champs Le chapitre III concerne la présentation des différentes méthodes d’évaluation et une comparaison entre différentes bobines ou inductances spirales de type planaires (carré, circulaire, hexagonale, octogonale). Ceci nous a permis de conclure que la topologie la plus fiable est la spirale carrée. En se basant sur les données du cahier des charges d’un micro–convertisseur DC/DC élévateur dédié aux petites puissances, nous avons dimensionné les paramètres géométriques de la bobine spirale planaire carrée de sorte à atténuer tous les effets parasites. Le circuit électrique de la bobine, nous a permis de calculer les paramètres technologiques. Dans le chapitre IV, nous nous sommes servi du dimensionnement géométrique de notre bobine afin de réaliser à l’aide du logiciel FEMM4.2 la simulation des différents phénomènes électriques et électromagnétiques à savoir, les lignes de champ magnétique, la densité du flux magnétique et la densité de courant électrique. Afin de validation les résultats du dimensionnement effectué, nous avons utilisé le logiciel PSIM6.0 pour comparer les différentes formes d’ondes des courants et tensions issues de la bobine spirale planaire dimensionnée à celles issues d’une bobine discrète et parfaite. Les formes d’ondes étaient conformes à celles de la littérature et les valeurs mesurées très proches de celles du cahier des charges. Nous concluons enfin que les résultats trouvés sont très encourageants car le dimensionnement effectué était bien étudié. Il nous a non seulement permis de réduire la taille de la bobine, mais aussi de contourner différents effets parasites.