Search

International audience; High-frequency power converters need electromagnetic interferences filters using common and differential mode chokes with low parasitic capacitance to comply with the electromagnetic compatibility standards. This article proposes a modeling method of this capacitance and ways to minimize it. The studied components are ring core inductors with magnetic materials considered as perfect conductors or with high permittivity, such as nanocrystalline material and most Mn-Zn ferrite materials. In comparison to other work in the literature, the proposed approach takes into account the curvature of the turn, in addition to the coating of the core and the insulation layer of the wire. The hypotheses, used in this article to simplify the real geometry, are compatible with two-dimensional (2-D) approaches to compute the parasitic interturns and turn–core capacitances. These capacitances are evaluated thanks to the 2-D finite element method. The obtained model allows accurate evaluation of the effect of turn–core space on the parasitic capacitance, and enables to reduce its value with a limited impact on the volume of the magnetic component.

International audience; Wide band gap (WBG) semiconductor materials offer faster and more reliable power electronic components in electric energy conversion systems. However, their faster switching speed and abilities to operate at higher frequency than silicium devices have brought new challenges such as Electromagnetic interference (EMI) issues. In gate driver applications, EMI issues must be tackled given the close proximity between gate driver systems and WBG power modules. This paper focuses on planar pulse transformers for gate drivers in high power applications (3,3kV, 500A SiC module). This study tries to give a standard procedure to design then simulate pulse transformers with their electrostatic shielding. First, a design guideline using Altium Designer is proposed to respect European standards. A method to extract the transformer design from Altium to Ansys is also proposed. Finally, a frequency analysis is discussed to use in Ansys simulations and parameters extraction. Tests have been performed to check the proposed transformers EMC immunity under a 125kV/s common mode transient immunity (CMTI) test.

The higher switching speed attainments of WBG power devices such as silicon carbide (SiC) MOSFETs, and their ability to operate at higher switching frequencies, becomes conflicting when challenged with electromagnetic interference (EMI) issues. The objective of this dissertation is to improve the design of pulse transformers integrated in an intermediate stage of a power converter system, known as a gate-driver. The main goal is to mitigate the parasitic capacitances of these transformers, which are the source originators of common mode (CM) currents. A modelling and simulation scheme of pulse transformers with alternative shielding structures has been developed. The transformer is primarily designed using Altium Designer while respecting IPC-2221 standards. Its geometry is then exported into ANSYS Q3D Extractor, where an equivalent circuit model is extracted. The correlation of the susceptibility of pulse transformers comprising different shielding structures is simulated by applying pulses of 1.4 kV amplitude, representing a dv/dt of 125 kV/μs, between the primary and secondary distinctive grounds. The influence of the shielding configuration, and the variation of its length, width and thickness is explored. In addition to the applied simulation analysis, an equivalent experimental examination was conducted after manufacturing the studied transformers. The correspondence of the simulation and experimental results permitted the validation of the models., L’accroissement de la vitesse de commutation des composants de puissance dits « grands gaps » tels que les MOSFETs à carbure de silicium (SiC) et leur capacité à fonctionner à une fréquence élevée ont amené de nouveaux défis à résoudre tels que les problèmes d'interférence électromagnétique (EMI). Les travaux de recherche présentés dans ce mémoire visent à améliorer le design des transformateurs d’impulsions intégrés dans les étages de commande rapprochée (nommé gatedriver). L’objectif visée était de limiter les capacités parasites de ces transformateurs qui sont à l’origine de courants de mode commun (CM). Une méthode permettant de concevoir et de simuler ces transformateurs d’impulsions avec différentes structures de blindage a été mise au point. Le transformateur est d’abord créé sous Altium Designer, tout en respectant la norme IPC-2221. Le design de ce transformateur est ensuite exporté vers ANSYS Q3D Extractor où un modèle électrique équivalent est extrait. En simulation, des impulsions d’amplitude 1,4 kV et présentant des dv/dt de 125 kV/μs ont été apppliquées entre le primaire et le secondaire des transformateur, ce qui a permis de comparer la susceptibilité du transformateur avec différentes structures de blindage. L'influence de la forme de l’écran, des variations de sa longueur, sa largeur et son épaisseur est étudié. En parallèle de la simulation, les transformateurs étudiés ont été fabriqués et soumis aux mêmes dv/dt qu’en simulation. La comparaison des résultats expérimentaux avec les simulations ont permis de valider les modèles.

International audience; Recently, modern power electronic systems have been introduced in different applications such as in avionics and wireless communication. The increasing technological complexity of these systems is posing serious challenges regarding electromagnetic compatibility (EMC) issues. Indeed, the radiation emitted from electronic circuits can induce harmful effects on nearby devices. Thus, several research works have been conducted using the near field technique to deal with electromagnetic interferences (EMI) that might occur, especially due to rapidly changing currents and voltages. In the present work, a detailed study about the characterization of the electromagnetic nearfield radiated emissions is established using a time-domain analysis in order to provide an equivalent model constituted of a set of electromagnetic dipole parameters. Sources reconstruction has been obtained using electromagnetic time reversal (EMTR), which has proven successful and efficient in identifying transient disturbances sources in power electronics. Experimental measurements of the magnetic nearfield have been carried out under an AC/DC flyback converter. The accuracy of the proposed method has been confirmed by visualizing measured magnetic field components, which are in good agreement with the calculated maps. The results of a reasonable computing time have shown that, particularly in transient signals with a wide frequency band, the suggested inverse method is an adequate alternative to overcome frequency domain limitations.

Metallic textiles used in electromagnetic cable shielding are complex structures that require models to predict their performance. The work presented in this thesis report consists in proposing new approaches for modeling the electromagnetic shielding of metallic textiles with unconventional geometrical shapes. The calculation of transfer impedance of these complex textiles over a wide frequency band is possible from their shielding effectiveness in plane. A simple analytical relation linking these two quantities using the concept of the sheet transfer impedance has been set up. An analytical model allowing the calculation of the shielding effectiveness of wire mesh has been established over a wide frequency band. This model takes into account the anisotropic properties of the fabrics and is particularly well adapted to small openings.The modeling of textiles with complex geometries can be simplified by an approach using effective medium theory. The approach has been validated for several textiles such as braids and metallic fabrics with unconventional geometries., Les textiles métalliques utilisés dans le blindage électromagnétique de câbles sont des structures complexes qui nécessitent des modèles pour prédire leurs performances. Le travail présenté dans ce rapport de thèse consiste à proposer de nouvelles approches de modélisation du blindage électromagnétique des textiles métalliques présentant des formes géométriques non conventionnelles. Le calcul d'impédance de transfert de ces textiles complexes sur une large bande de fréquence est possible à partir de leurs efficacités de blindage en plan. Une relation analytique simple reliant ces deux grandeurs utilisant la notion de l'impédance de transfert carrée a été mise en place. Un modèle analytique permettant le calcul de l’efficacité de blindage de tissus métalliques a été établi sur une large bande de fréquence. Ce modèle prend en compte la nature anisotrope des tissus et il est particulièrement bien adapté aux ouvertures étroites.La modélisation de textiles de géométries complexes peut être simplifiée par une approche utilisant la théorie de milieux effectifs. L'approche a été validée pour plusieurs textiles de type tresses et tissus métalliques présentant des géométries non conventionnelles.

During the last decade, the proliferation of on-board leisure activities in the new aircrafts have been growing exponentially. In the airplane like A380, each seat integrates several functions (video games, music, etc. ..) Additionally, each function must be connected using at least one electric cable. This system requires a significant number of kilometers of cables to establish all the on-board electrical connections. Furthermore, for reasons of safety and security related to mechanical, hydraulic or pneumatic functions, the wiring EMC requirements associated to the massive progressive electrification becomes considerably stricter. The coexistence of kilometer lengths of cables system in such a small space has increased the requirements in terms of electromagnetic (EM) shielding. Most of existing numerous methods for analyzing the shielding of cables and harnesses are limited in terms of computation speed, design process and in accuracies for the multiport systems analysis. Moreover, most of popular simulation and commercial tools are very expensive (for example with license cost can be more than 18K€). The use of commercial tools requires advanced skills and a lot of time to characterize the shielding of cables and harnesses. For example, with a simulation tool like HFSSR from ANSYSR , the computation time may cost approximately 3 hours to create a design model of a braided shields heath. Then, the computed results can be generated during an average simulation time of 20 minutes using a PC equipped with an Intel single-core processor RXeon RCPU E5-1620 v4 @ 3.50 GHz and 32 GB of physical RAM with 64-bit Windows 10. Most of available methods and techniques for characterizing the shielding of aeronautical cables and cable harnesses have shown their limits. For example, most of existing triaxial benches are particularly difficult to deploy for the transfer impedance measurements and they cannot operate beyond 100 MHz. The present PhD thesis aims to overcome these technical limits. Doing this, an original analytical method is developed for extracting S-parameters from multiport systems under fast computation speed and design process. An innovative methodology of EMC modelling was proposed. The knowledge of S-parameters is helpful to determine the broadband EM intrinsic parameters of the cabling as coaxial system. The developed analytical and semi-hybrid model is based on the unfamiliar formalism using tensorial analysis of networks (TAN) based on the Kron’s method. The model offers an outstanding possibility to analyze complex systems with deep knowledge of physical phenomenal behind the EM shielding. Thanks to the TAN formalism, an innovative method of circuit theory has been developed to determine the shielding efficiency (SE) of shielded cable. The feasibility of this multiport S-parameter approach was verified with the consideration of EM coupling between a nude cable constituting an internal conductor and a braided cable placed in parallel. More importantly, an advanced study of shielding efficiency (SE) with respect to the EM coupling configuration between a shielded coaxial cable and a loop probe is performed. Substantially, it was noteworthy that the TAN formalism provides an illuminating know-how on the theoretical, numerical and experimental analyses of cables and bundles EM shielding, and transfer impedances of the shielding sheath. Moreover, the TAN modelling effectiveness was confirmed with different applications with computation time which does not exceed milliseconds. Finally, the TAN model was also used to develop a SE characterization bench for tubular EM shielding structures up to 300 MHz. Emphatically, broadband SE and transfer impedance results in good correlation between 3D simulations and measurements were obtained.; Ces dernières années, la multiplication des loisirs à bord des nouveaux avions a connu une croissance exponentielle. Dans un appareil comme l’A380, chaque siège intègre plusieurs fonctions (jeux vidéo, musique, etc. ..) et chaque fonction est connectée à l’aide d’au moins un câble électrique. Ce qui nécessite un nombre important de kilomètres de câbles pour établir toutes les connexions électriques à bord d’un tel appareil. En plus l’électrification progressive pour des raisons de sécurité des fonctions auparavant mécaniques, hydrauliques ou pneumatiques, a augmenté les exigences de câblage notamment en compatibilité électro- magnétique (CEM). La cohabitation de tous ces kilomètres de câbles dans un espace aussi réduit a accru les exigences en termes de blindage électromagnétique (EM). Les nombreuses méthodes d’analyse du blindage des câbles et faisceaux sont limitées en termes de rapidité, d’analyse des systèmes multiports. Les outils de simulations eux sont très onéreux (prévoir environ18Ke pour une licence), et nécessitent des compétences avancées et beaucoup de temps pour la caractérisation du blindage des câbles et faisceaux de câbles. Avec un outil de simulation EM 2D/3D comme HFSSR d’ANSYSR, il faut prévoir environ trois heures pour créer le modèle d’une gaine de blindage tressé, et également prévoir un temps de simulation moyen de 20 minutes en utilisant un PC équipé d’un processeur mono-cœur Intel RXeon RCPUE5-1620v4@ 3,50 GHz et 32 Go de RAM physique avec 64 bits Windows 10. En plus, les méthodes et techniques de caractérisation du blindage des câbles et faisceaux de câbles aéronautiques ont montré leurs limites à l’instar du banc triaxial avec lequel il est difficile d’effectuer des mesures d’impédance de transfert au-delà de 100 MHz. Les travaux effectués dans cette thèse ont pour but de dépasser ces limites. Nous avons développé une nouvelle méthode d’extraction rapide des paramètres S des systèmes multiports. La connaissance analytique des paramètres S permet de remonter à des caractéristiques intrinsèques des structures de blindage tubulaire. Par exemple, nos calculs des paramètres S d’une structure de câble coaxial sont prometteurs pour déterminer l’impédance de transfert par rapport à la géométrie et d’autres paramètres physiques des gaines. L’originalité de ce travail de recherche consiste à se familiariser à une méthode analytique et semi-hybride de modélisation des structures de blindage tubulaire en exploitant le formalisme de l’Analyse Tensorielle des Réseaux (ATR) à base de la méthode de Kron. Ce formalisme offre un avantage notable pour l’analyse rapide avec une précision relativement importante des systèmes électriques et électroniques complexes comme le cas des éléments de blindage. La rapidité de la méthode a été évaluée avec différentes structures sur une bande de fréquence allant de 0 Hz à quelques gigahertz en menant à des expressions dont les applications numériques se font sur un temps de calcul ne dépassant pas les millisecondes. D’autre part, nous avons aussi développé nos savoir-faire sur l’analyse des blindages électromagnétiques des câbles et faisceaux de câbles. Une approche a été élaborée pour déterminer l’efficacité de blindage (EB) d’une gaine via une configuration de couplage entre un câble coaxial blindé et une sonde boucle. Une méthode de modélisation innovante a été développée à l’aide de la théorie des circuits pour déterminer l’efficacité de blindage en étudiant le couplage entre un câble nu (conducteur interne) et un câble tressé en parallèle par la méthode de Kron. Nous avons également développé un banc de caractérisation des structures tubulaire de blindage électromagnétique dans le but de fonctionner jusqu’à 300 MHz. Les résultats dans ces études ont été confirmés par des simulations 3D et des mesures.

During the last decade, the proliferation of on-board leisure activities in the new aircrafts have been growing exponentially. In the airplane like A380, each seat integrates several functions (video games, music, etc. ..) Additionally, each function must be connected using at least one electric cable. This system requires a significant number of kilometers of cables to establish all the on-board electrical connections. Furthermore, for reasons of safety and security related to mechanical, hydraulic or pneumatic functions, the wiring EMC requirements associated to the massive progressive electrification becomes considerably stricter. The coexistence of kilometer lengths of cables system in such a small space has increased the requirements in terms of electromagnetic (EM) shielding. Most of existing numerous methods for analyzing the shielding of cables and harnesses are limited in terms of computation speed, design process and in accuracies for the multiport systems analysis. Moreover, most of popular simulation and commercial tools are very expensive (for example with license cost can be more than 18K€). The use of commercial tools requires advanced skills and a lot of time to characterize the shielding of cables and harnesses. For example, with a simulation tool like HFSSR from ANSYSR , the computation time may cost approximately 3 hours to create a design model of a braided shields heath. Then, the computed results can be generated during an average simulation time of 20 minutes using a PC equipped with an Intel single-core processor RXeon RCPU E5-1620 v4 @ 3.50 GHz and 32 GB of physical RAM with 64-bit Windows 10. Most of available methods and techniques for characterizing the shielding of aeronautical cables and cable harnesses have shown their limits. For example, most of existing triaxial benches are particularly difficult to deploy for the transfer impedance measurements and they cannot operate beyond 100 MHz. The present PhD thesis aims to overcome these technical limits. Doing this, an original analytical method is developed for extracting S-parameters from multiport systems under fast computation speed and design process. An innovative methodology of EMC modelling was proposed. The knowledge of S-parameters is helpful to determine the broadband EM intrinsic parameters of the cabling as coaxial system. The developed analytical and semi-hybrid model is based on the unfamiliar formalism using tensorial analysis of networks (TAN) based on the Kron’s method. The model offers an outstanding possibility to analyze complex systems with deep knowledge of physical phenomenal behind the EM shielding. Thanks to the TAN formalism, an innovative method of circuit theory has been developed to determine the shielding efficiency (SE) of shielded cable. The feasibility of this multiport S-parameter approach was verified with the consideration of EM coupling between a nude cable constituting an internal conductor and a braided cable placed in parallel. More importantly, an advanced study of shielding efficiency (SE) with respect to the EM coupling configuration between a shielded coaxial cable and a loop probe is performed. Substantially, it was noteworthy that the TAN formalism provides an illuminating know-how on the theoretical, numerical and experimental analyses of cables and bundles EM shielding, and transfer impedances of the shielding sheath. Moreover, the TAN modelling effectiveness was confirmed with different applications with computation time which does not exceed milliseconds. Finally, the TAN model was also used to develop a SE characterization bench for tubular EM shielding structures up to 300 MHz. Emphatically, broadband SE and transfer impedance results in good correlation between 3D simulations and measurements were obtained., Ces dernières années, la multiplication des loisirs à bord des nouveaux avions a connu une croissance exponentielle. Dans un appareil comme l’A380, chaque siège intègre plusieurs fonctions (jeux vidéo, musique, etc. ..) et chaque fonction est connectée à l’aide d’au moins un câble électrique. Ce qui nécessite un nombre important de kilomètres de câbles pour établir toutes les connexions électriques à bord d’un tel appareil. En plus l’électrification progressive pour des raisons de sécurité des fonctions auparavant mécaniques, hydrauliques ou pneumatiques, a augmenté les exigences de câblage notamment en compatibilité électro- magnétique (CEM). La cohabitation de tous ces kilomètres de câbles dans un espace aussi réduit a accru les exigences en termes de blindage électromagnétique (EM). Les nombreuses méthodes d’analyse du blindage des câbles et faisceaux sont limitées en termes de rapidité, d’analyse des systèmes multiports. Les outils de simulations eux sont très onéreux (prévoir environ18Ke pour une licence), et nécessitent des compétences avancées et beaucoup de temps pour la caractérisation du blindage des câbles et faisceaux de câbles. Avec un outil de simulation EM 2D/3D comme HFSSR d’ANSYSR, il faut prévoir environ trois heures pour créer le modèle d’une gaine de blindage tressé, et également prévoir un temps de simulation moyen de 20 minutes en utilisant un PC équipé d’un processeur mono-cœur Intel RXeon RCPUE5-1620v4@ 3,50 GHz et 32 Go de RAM physique avec 64 bits Windows 10. En plus, les méthodes et techniques de caractérisation du blindage des câbles et faisceaux de câbles aéronautiques ont montré leurs limites à l’instar du banc triaxial avec lequel il est difficile d’effectuer des mesures d’impédance de transfert au-delà de 100 MHz. Les travaux effectués dans cette thèse ont pour but de dépasser ces limites. Nous avons développé une nouvelle méthode d’extraction rapide des paramètres S des systèmes multiports. La connaissance analytique des paramètres S permet de remonter à des caractéristiques intrinsèques des structures de blindage tubulaire. Par exemple, nos calculs des paramètres S d’une structure de câble coaxial sont prometteurs pour déterminer l’impédance de transfert par rapport à la géométrie et d’autres paramètres physiques des gaines. L’originalité de ce travail de recherche consiste à se familiariser à une méthode analytique et semi-hybride de modélisation des structures de blindage tubulaire en exploitant le formalisme de l’Analyse Tensorielle des Réseaux (ATR) à base de la méthode de Kron. Ce formalisme offre un avantage notable pour l’analyse rapide avec une précision relativement importante des systèmes électriques et électroniques complexes comme le cas des éléments de blindage. La rapidité de la méthode a été évaluée avec différentes structures sur une bande de fréquence allant de 0 Hz à quelques gigahertz en menant à des expressions dont les applications numériques se font sur un temps de calcul ne dépassant pas les millisecondes. D’autre part, nous avons aussi développé nos savoir-faire sur l’analyse des blindages électromagnétiques des câbles et faisceaux de câbles. Une approche a été élaborée pour déterminer l’efficacité de blindage (EB) d’une gaine via une configuration de couplage entre un câble coaxial blindé et une sonde boucle. Une méthode de modélisation innovante a été développée à l’aide de la théorie des circuits pour déterminer l’efficacité de blindage en étudiant le couplage entre un câble nu (conducteur interne) et un câble tressé en parallèle par la méthode de Kron. Nous avons également développé un banc de caractérisation des structures tubulaire de blindage électromagnétique dans le but de fonctionner jusqu’à 300 MHz. Les résultats dans ces études ont été confirmés par des simulations 3D et des mesures.

This thesis is focused on the black box EMC modeling of a three-phase inverter for aerospace applications. The work performed in this thesis is carried out in the framework of DGAC project (Directorate General of Civil Aviation) titled MECEP (Control of conducted emissions of power electronics).To protect the network board from the conducted electromagnetic interferences and to meet the EMC standards and especially the aviation standard “DO160F”, an EMC filter is absolutely necessary for each power converter. This disturbance levels generated by this type of system require careful design to ensure the filtering of parasitic currents that propagate in common mode (CM) and differential mode (DM). Therefore, the work of this thesis is devoted to the study of a generic EMC modeling, rapid and able to represent correctly the electromagnetic behavior of the converter from the side of the DC network and from the side of the AC load. This modeling is based on a “black box” representation. The identified EMC model contains disturbance sources and equivalent CM and DM impedances. This type of model is validated for two standard drive chains of 4 kW. It is able to predict the impact of different parameters such as the operating point, the network impedance and the load impedance in the frequency domain. A good agreement is obtained in all cases up to a frequency of 50 MHz Finally, the proposed EMC modeling, which represents the electromagnetic behavior of the DC input side of the converter, is extended to represent the AC output side behavior. The main advantages of the proposed “black box” EMC modeling are the rapidity, the simplicity and the construction without the knowledge of the internal structure of the converter. That can be protected by the industrial secret.; Cette thèse est consacrée à la modélisation CEM « boîte noire » d’un onduleur triphasé pour une application aéronautique. Ces travaux effectués sont réalisés dans le cadre d’un projet intitulé MECEP (Maîtrise des Emissions Conduites des Electroniques de Puissance) financé par la DGAC.Afin de protéger les réseaux de bord des perturbations électromagnétiques conduites et répondre aux normes CEM et plus particulièrement la norme aéronautique « DO160F », un filtre CEM est absolument nécessaire pour chaque convertisseur de puissance. Les niveaux de perturbations générées par ce type de système nécessite une conception soignée afin d’assurer un filtrage efficace des courants parasites qui se propagent en MC et en MD. C’est pourquoi cette thèse est consacrée à l’étude d’une modélisation CEM générique, rapide et capable de représenter correctement le comportement électromagnétique du convertisseur du point de vue du réseau DC et de la charge AC sur la plage fréquentielle de la norme DO160F. La modélisation choisie est basée alors sur une représentation de type « boîte noire ». Le modèle CEM identifié contient des sources de perturbations et des impédances de MC et de MD équivalentes. Ce type de modèle est validé pour deux chaines d’entrainement classiques de 4 kW. Il est capable de prédire l’impact de différents paramètres comme le point de fonctionnement, l’impédance du réseau d’alimentation et l’impédance de la charge avec des résultats satisfaisants dans le domaine fréquentiel. Les résultats obtenus montrent que le modèle proposé peut prédire les perturbations conduites pour les différents cas jusqu’à une fréquence de 50 MHz.Finalement, le modèle CEM proposé, qui représente le comportement électromagnétique du convertisseur côté entrée DC, est étendu afin de représenter le comportement côté sortie AC.Les principaux avantages de la modélisation CEM « boîte noire » proposée sont la rapidité, la simplicité et la construction sans la connaissance de la structure interne du convertisseur qui peut être protégée par le secret industriel.

International audience; This paper develops a Kron-Branin (KB) model of shielded coaxial cable wire structures. The structure is assumed to be struck by kilovolt amplitude high voltage burst. The model is mainly constructed with Kron's graph and Branin's transmission line (TL) circuit. The equivalent graph topology of struck shielded cable structure is drawn. The graph consists essentially of branch, mesh, node and cord elements. The tensorial equation transducing the problem under study is reformulated with main unknown the branch currents. The fundamental solutions of the problem are represented by the calculated currents. The analytical expression of the signal-to-noise ratio (SNR) is established in function of the 4-kV amplitude perturbation strike with 5-V amplitude and 1-Gbps rate square wave data. A good correlation between analytical modeled and simulated SNRs from 50-MHz to 0.55-GHz is obtained.

This thesis is focused on the black box EMC modeling of a three-phase inverter for aerospace applications. The work performed in this thesis is carried out in the framework of DGAC project (Directorate General of Civil Aviation) titled MECEP (Control of conducted emissions of power electronics).To protect the network board from the conducted electromagnetic interferences and to meet the EMC standards and especially the aviation standard “DO160F”, an EMC filter is absolutely necessary for each power converter. This disturbance levels generated by this type of system require careful design to ensure the filtering of parasitic currents that propagate in common mode (CM) and differential mode (DM). Therefore, the work of this thesis is devoted to the study of a generic EMC modeling, rapid and able to represent correctly the electromagnetic behavior of the converter from the side of the DC network and from the side of the AC load. This modeling is based on a “black box” representation. The identified EMC model contains disturbance sources and equivalent CM and DM impedances. This type of model is validated for two standard drive chains of 4 kW. It is able to predict the impact of different parameters such as the operating point, the network impedance and the load impedance in the frequency domain. A good agreement is obtained in all cases up to a frequency of 50 MHz Finally, the proposed EMC modeling, which represents the electromagnetic behavior of the DC input side of the converter, is extended to represent the AC output side behavior. The main advantages of the proposed “black box” EMC modeling are the rapidity, the simplicity and the construction without the knowledge of the internal structure of the converter. That can be protected by the industrial secret., Cette thèse est consacrée à la modélisation CEM « boîte noire » d’un onduleur triphasé pour une application aéronautique. Ces travaux effectués sont réalisés dans le cadre d’un projet intitulé MECEP (Maîtrise des Emissions Conduites des Electroniques de Puissance) financé par la DGAC.Afin de protéger les réseaux de bord des perturbations électromagnétiques conduites et répondre aux normes CEM et plus particulièrement la norme aéronautique « DO160F », un filtre CEM est absolument nécessaire pour chaque convertisseur de puissance. Les niveaux de perturbations générées par ce type de système nécessite une conception soignée afin d’assurer un filtrage efficace des courants parasites qui se propagent en MC et en MD. C’est pourquoi cette thèse est consacrée à l’étude d’une modélisation CEM générique, rapide et capable de représenter correctement le comportement électromagnétique du convertisseur du point de vue du réseau DC et de la charge AC sur la plage fréquentielle de la norme DO160F. La modélisation choisie est basée alors sur une représentation de type « boîte noire ». Le modèle CEM identifié contient des sources de perturbations et des impédances de MC et de MD équivalentes. Ce type de modèle est validé pour deux chaines d’entrainement classiques de 4 kW. Il est capable de prédire l’impact de différents paramètres comme le point de fonctionnement, l’impédance du réseau d’alimentation et l’impédance de la charge avec des résultats satisfaisants dans le domaine fréquentiel. Les résultats obtenus montrent que le modèle proposé peut prédire les perturbations conduites pour les différents cas jusqu’à une fréquence de 50 MHz.Finalement, le modèle CEM proposé, qui représente le comportement électromagnétique du convertisseur côté entrée DC, est étendu afin de représenter le comportement côté sortie AC.Les principaux avantages de la modélisation CEM « boîte noire » proposée sont la rapidité, la simplicité et la construction sans la connaissance de la structure interne du convertisseur qui peut être protégée par le secret industriel.

International audience; In this paper, an embedded double reference transmission line theory (EDRTLT) is presented. This approach is based upon taking an arbitrary wire among the í µí² wires constituting the harness and considering it as an internal reference conductor. Then the initial transmission line of í µí² wires above a ground reference is split into two coupled subsets of wires. The internal subset is composed of í µí² − í µí¿ wires with the internal reference wire as the return wire. The per unit length (p.u.l.) parameters of this internal transmission line are calculated with respect to this internal reference wire. They do not depend on the ground reference. The external subset is composed of only the internal reference wire with the ground plane as a reference. As a result, any change of relative position of the bundle and the ground reference involves the p.u.l. calculation of a mono-conductor transmission line. This double reference transmission line theory is shown to be equivalent to the classical single reference approach and the corresponding p.u.l. parameters are approximately retrieved from those of the single reference transmission lines to form the EDRTLT. The results obtained by this theory are in good agreement with those obtained from the single reference case where all p.u.l. parameters are directly calculated using the ground plane as a single reference. The main advantage provided by the EDRTLT is to reduce the complexity of analysis of the bundle-to-ground interaction.

The use of electric cables as a support for transmitting digital data for applications such as Internet access or home automation is certainly very attractive. However, unintentional electromagnetic radiation (EM) from such wire systems for PLC transmission may be a source of EM pollution and a problem of electromagnetic compatibility (EMC). Therefore, the evaluation of the corresponding radiations in the near-field zone is of a certain interest. In this manuscript, a mathematical model for estimation of the electromagnetic radiation from wire conductors used by the PLC technology is presented. From the EMC standpoint, the radiation of a PLC network is observed from the aspect of the emission levels. The corresponding radiated values of the fields may be appropriately determined if the current distribution in the PLC network is known. However, in practice the approach to measuring these currents is very difficult or even impossible. Therefore, a simplified approach based on the integral equations of the electromagnetic fields is proposed in order to adequately quantify EM radiation from PLC wire conductors in cases of least measured data. Also, this model may be applied in cases where estimation of current distribution is numerically difficult even by using existing numerical software (FEKO, NEC, etc.). The proposed model is validated either by simulations compared to FEKO software, or experimentally through a comparative test case studies.; L'usage des câbles électriques comme support de transmission de données numériques en vue d'applications comme l'accès à Internet ou la domotique, est certes très attractif. Cependant, les rayonnements électromagnétiques (EM) non intentionnels, engendrés par les systèmes filaires lors d’une transmission CPL, peuvent être une source de pollution EM et constituent un problème gênant de compatibilité électromagnétique (CEM). L'évaluation de ces rayonnements en champ proche revêt donc un intérêt certain.Dans ce manuscrit, le travail de recherche effectué, consiste à modéliser le rayonnement électromagnétique engendré par les conducteurs filaires utilisés par la technologie des courants porteur en ligne (CPL). En effet, l’estimation du rayonnement d’un réseau CPL de point de vue de la CEM, s’avère très importante pour la prédiction des niveaux d’émissions rayonnées. Les valeurs des champs rayonnés par le réseau CPL sont parfaitement définies si la distribution du courant est déterminée, en pratique, l'accès à la mesure de ces courants est très difficile voire impossible.On propose, donc dans ce mémoire une approche simplifiée des équations intégrales des champs électromagnétiques afin de quantifier convenablement le rayonnement EM émis par les systèmes filaires avec un minimum d’informations mesurées. Ce modèle est capable de traiter des cas pour lesquels l’identification du courant le long des conducteurs est compliquée et numériquement fastidieuse à obtenir avec les codes de simulation existants (FEKO, NEC,… etc.). Notre modèle a été largement validé, soit par simulation, en utilisant le logiciel Feko, ou bien expérimentalement à travers une étude comparative effectuée sur différents cas tests.

The use of electric cables as a support for transmitting digital data for applications such as Internet access or home automation is certainly very attractive. However, unintentional electromagnetic radiation (EM) from such wire systems for PLC transmission may be a source of EM pollution and a problem of electromagnetic compatibility (EMC). Therefore, the evaluation of the corresponding radiations in the near-field zone is of a certain interest. In this manuscript, a mathematical model for estimation of the electromagnetic radiation from wire conductors used by the PLC technology is presented. From the EMC standpoint, the radiation of a PLC network is observed from the aspect of the emission levels. The corresponding radiated values of the fields may be appropriately determined if the current distribution in the PLC network is known. However, in practice the approach to measuring these currents is very difficult or even impossible. Therefore, a simplified approach based on the integral equations of the electromagnetic fields is proposed in order to adequately quantify EM radiation from PLC wire conductors in cases of least measured data. Also, this model may be applied in cases where estimation of current distribution is numerically difficult even by using existing numerical software (FEKO, NEC, etc.). The proposed model is validated either by simulations compared to FEKO software, or experimentally through a comparative test case studies.; L'usage des câbles électriques comme support de transmission de données numériques en vue d'applications comme l'accès à Internet ou la domotique, est certes très attractif. Cependant, les rayonnements électromagnétiques (EM) non intentionnels, engendrés par les systèmes filaires lors d’une transmission CPL, peuvent être une source de pollution EM et constituent un problème gênant de compatibilité électromagnétique (CEM). L'évaluation de ces rayonnements en champ proche revêt donc un intérêt certain.Dans ce manuscrit, le travail de recherche effectué, consiste à modéliser le rayonnement électromagnétique engendré par les conducteurs filaires utilisés par la technologie des courants porteur en ligne (CPL). En effet, l’estimation du rayonnement d’un réseau CPL de point de vue de la CEM, s’avère très importante pour la prédiction des niveaux d’émissions rayonnées. Les valeurs des champs rayonnés par le réseau CPL sont parfaitement définies si la distribution du courant est déterminée, en pratique, l'accès à la mesure de ces courants est très difficile voire impossible.On propose, donc dans ce mémoire une approche simplifiée des équations intégrales des champs électromagnétiques afin de quantifier convenablement le rayonnement EM émis par les systèmes filaires avec un minimum d’informations mesurées. Ce modèle est capable de traiter des cas pour lesquels l’identification du courant le long des conducteurs est compliquée et numériquement fastidieuse à obtenir avec les codes de simulation existants (FEKO, NEC,… etc.). Notre modèle a été largement validé, soit par simulation, en utilisant le logiciel Feko, ou bien expérimentalement à travers une étude comparative effectuée sur différents cas tests.

International audience; In filter design, inter-component parasitic couplings play a major role in the filter response. Most often, filter designers try to minimize these couplings through a proper implementation of components; conversely, this paper aims to optimize filter responses through a clever use of these couplings. Previous works have been performed to reach such an objective ([1]-[2]), focusing on the study of LC filters with 3D simulation or PSpice techniques. Moreover, the MKME method has been identified as a promising technique in many design cases. The objective of this paper is to introduce the application of the MKME method to an LC filter, to validate its use and benefits, before deploying it for more complex filter structures.

The recent technological progress of semiconductors and increasing demand for power electronic converters in the different domains of electric energy particularly for applications in aeronautics and networks of transport and distribution impose new specifications such as high frequencies, high voltages, high temperatures and high current densities. All of this contributes in the strong development of SiC (Silicon Carbide) components. However these components create new issues in Electromagnetic Compatibility (EMC) because of the conditions of high frequency switching and high commutation speeds (high di/dt and dv/dt) compared to other conventional components in power electronics. A precise study of the emissions generated by SiC components is therefore necessary. The aim of this work is to give a method able to predict levels of conducted emissions generated by a power electronics converter with SiC components to engineers which design power converters. The novelty of the work presented in this thesis is the integration of different modeling approaches to form a circuit model of a SiC-based converter (a buck dc–dc converter is considered as an example). The modeling approach is validated in the frequency range from 40Hz to 30MHz. Modeling approaches of the passive parts of the converter are presented. Theses approaches differs according to whether the component is existing or to be designed : they are based on measurements for the load and capacitors; they are based on numerical computation and analytical formulations for PCB. The complete model obtained (passive and active components) is used in simulations to predict the conducted emissions received by the line impedance stabilization network. The model is able to predict the impact of various parameters such as PCB routing, the control parameters like duty cycles and different gate resistors in the time and frequency domains. A good agreement is obtained in all cases up to a frequency of 15MHz. Finally, a parametric study of the converter has been elaborated. This study allowed to see the influence of different models such as parasitic elements of the PCB, passive and active components and to identify the elements that need a precise model to obtain valid results in the prediction of conducted EMI.; Actuellement, le développement de semiconducteurs et la demande croissante de convertisseurs en électronique de puissance dans les différents domaines de l’énergie électrique, notamment pour des applications dans l’aéronautique et les réseaux de transport et de distribution, imposent de nouvelles spécifications comme le fonctionnement à hautes fréquences de commutation, densités de puissance élevées, hautes températures et hauts rendements. Tout ceci contribue au fort développement des composants en SiC (Carbure de Silicium). Cependant, ces composants créent de nouvelles contraintes en Compatibilité Electromagnétique (CEM) à cause des conditions de haute fréquence de commutation et fortes vitesses de commutation (forts di/dt et dv/dt) en comparaison à d’autres composants conventionnels de l'électronique de puissance. Une étude des perturbations générées par les composants SiC est donc nécessaire. L'objectif de ce travail est de donner aux ingénieurs amenés à concevoir des convertisseurs une méthode capable de prédire les niveaux d'émissions conduites générées par un convertisseur électronique de puissance qui intègre des composants en SiC. La nouveauté du travail présenté dans cette thèse est l’intégration de différents modèles de type circuit pour tous les constituants d’un convertisseur (un hacheur série est pris comme exemple). Le modèle est valable pour une gamme de fréquences de 40Hz à 30MHz. Des approches de modélisation des parties passives du convertisseur sont présentées. Ces approches sont différentes selon que les composants modélisés soient disponibles ou à concevoir : elles sont basées sur des mesures pour la charge et les capacités ; elles sont basées sur des simulations prédictives pour routage du convertisseur. Le modèle complet du convertisseur (éléments passifs et actifs) est utilisé en simulation pour prédire les émissions conduites reçues dans le réseau stabilisateur d’impédance de ligne. Le modèle est capable de prédire l'impact de différents paramètres comme le routage, les paramètres de contrôle comme les différents rapports cycliques et les résistances de grille avec des résultats satisfaisants dans les domaines temporels et fréquentiels. Les résultats obtenus montrent que le modèle peut prédire les perturbations en mode conduit pour les différents cas jusqu'à une fréquence de 15MHz. Finalement, une étude paramétrique du convertisseur a été élaborée. Cette étude a permis de voir l’influence de la qualité des différents modèles comme les éléments parasites du routage, des composants passifs et actifs et d'identifier les éléments qui ont besoin d’un modèle précis pour avoir des résultats valides dans la prédiction des perturbations conduites.

The recent technological progress of semiconductors and increasing demand for power electronic converters in the different domains of electric energy particularly for applications in aeronautics and networks of transport and distribution impose new specifications such as high frequencies, high voltages, high temperatures and high current densities. All of this contributes in the strong development of SiC (Silicon Carbide) components. However these components create new issues in Electromagnetic Compatibility (EMC) because of the conditions of high frequency switching and high commutation speeds (high di/dt and dv/dt) compared to other conventional components in power electronics. A precise study of the emissions generated by SiC components is therefore necessary. The aim of this work is to give a method able to predict levels of conducted emissions generated by a power electronics converter with SiC components to engineers which design power converters. The novelty of the work presented in this thesis is the integration of different modeling approaches to form a circuit model of a SiC-based converter (a buck dc–dc converter is considered as an example). The modeling approach is validated in the frequency range from 40Hz to 30MHz. Modeling approaches of the passive parts of the converter are presented. Theses approaches differs according to whether the component is existing or to be designed : they are based on measurements for the load and capacitors; they are based on numerical computation and analytical formulations for PCB. The complete model obtained (passive and active components) is used in simulations to predict the conducted emissions received by the line impedance stabilization network. The model is able to predict the impact of various parameters such as PCB routing, the control parameters like duty cycles and different gate resistors in the time and frequency domains. A good agreement is obtained in all cases up to a frequency of 15MHz. Finally, a parametric study of the converter has been elaborated. This study allowed to see the influence of different models such as parasitic elements of the PCB, passive and active components and to identify the elements that need a precise model to obtain valid results in the prediction of conducted EMI., Actuellement, le développement de semiconducteurs et la demande croissante de convertisseurs en électronique de puissance dans les différents domaines de l’énergie électrique, notamment pour des applications dans l’aéronautique et les réseaux de transport et de distribution, imposent de nouvelles spécifications comme le fonctionnement à hautes fréquences de commutation, densités de puissance élevées, hautes températures et hauts rendements. Tout ceci contribue au fort développement des composants en SiC (Carbure de Silicium). Cependant, ces composants créent de nouvelles contraintes en Compatibilité Electromagnétique (CEM) à cause des conditions de haute fréquence de commutation et fortes vitesses de commutation (forts di/dt et dv/dt) en comparaison à d’autres composants conventionnels de l'électronique de puissance. Une étude des perturbations générées par les composants SiC est donc nécessaire. L'objectif de ce travail est de donner aux ingénieurs amenés à concevoir des convertisseurs une méthode capable de prédire les niveaux d'émissions conduites générées par un convertisseur électronique de puissance qui intègre des composants en SiC. La nouveauté du travail présenté dans cette thèse est l’intégration de différents modèles de type circuit pour tous les constituants d’un convertisseur (un hacheur série est pris comme exemple). Le modèle est valable pour une gamme de fréquences de 40Hz à 30MHz. Des approches de modélisation des parties passives du convertisseur sont présentées. Ces approches sont différentes selon que les composants modélisés soient disponibles ou à concevoir : elles sont basées sur des mesures pour la charge et les capacités ; elles sont basées sur des simulations prédictives pour routage du convertisseur. Le modèle complet du convertisseur (éléments passifs et actifs) est utilisé en simulation pour prédire les émissions conduites reçues dans le réseau stabilisateur d’impédance de ligne. Le modèle est capable de prédire l'impact de différents paramètres comme le routage, les paramètres de contrôle comme les différents rapports cycliques et les résistances de grille avec des résultats satisfaisants dans les domaines temporels et fréquentiels. Les résultats obtenus montrent que le modèle peut prédire les perturbations en mode conduit pour les différents cas jusqu'à une fréquence de 15MHz. Finalement, une étude paramétrique du convertisseur a été élaborée. Cette étude a permis de voir l’influence de la qualité des différents modèles comme les éléments parasites du routage, des composants passifs et actifs et d'identifier les éléments qui ont besoin d’un modèle précis pour avoir des résultats valides dans la prédiction des perturbations conduites.

International audience; —This paper deals with time domain simulation of common mode (CM) conducted disturbances in power electronics. This study proposes a proof of concept of a fast reconstruction method (FRM), which allows to compute the spectrum of a current based on the knowledge of a single pulse of current (i.e., the knowledge of the disturbances on a small fraction of time) and of the switching instants (i.e., the control strategy of the structure). The first parts of the paper demonstrate the reliability of the method using data measurements of a CM current generated by a PWM half-bridge converter and then by a three phase inverter. The simulation time saved thanks to the FRM is then quantified by comparing the simulation durations with or without using the FRM. In our example, the FRM allows to divide the simulation time by about 10. This analysis points out that the complex information of a CM current is contained in a small time interval. As a consequence the complete spectrum can be predicted with only a very fast simulation. The mathematical techniques developed here forecast promising reduction of simulation durations.

International audience; We present in this survey new technologies proposed for the evolution of the aeronautical communication infrastructure. Motivated by studies that estimate the growth of air traffic flow, it was decided to develop a future communication infrastructure (FCI) adapted to the future aeronautical scenario. The FCI development involves researchers, industrials, and aeronautical authorities from many countries around the world, and started in 2004. The L-band Digital Aeronautical Communication System (L-DACS) is the part of the FCI that will be in charge of continental communication. The L-DACS is being developed in Europe since 2007 and two candidates were preselected: L-DACS1 and L-DACS2. In this paper, we first describe the motivations of the FCI. We then give an overview of its development activities from 2004 to 2009. After that, we provide some insights about both preselected L-DACS candidates, at their physical and medium access layers. Finally, we address the challenges on the development of the FCI/L-DACS.

Workshop on automotive EMC; International audience; The objective of this communication is to recall the applicability conditions of the classical transmission line theory. The main assumptions are reviewed with the approximation made when deriving the classical transmission line equations from Maxwell's equations. Some practical situations where the classical transmission line theory is limited are shown. These situations include the resonance frequencies and high frequency regions (when the height of the line is no longer smaller than the minimum significant wavelength.)

International audience; Cette communication traite des conditions d'application de la théorie des lignes de transmission classique. Il présente une évaluation des erreurs commises lors de l'utilisation de cette théorie dans certaines conditions particulières. L'objectif est de cerner les situations pour lesquelles une solution alternative à la théorie des lignes de transmission classique (TLT) doit être recherchée.

The aim of our thesis is to propose and to evaluate the performances of some asynchronous impulsive noise mitigation techniques for transmission over indoor power lines. Indeed, besides the particular physical properties that characterize this transmission channel type, asynchronous impulsive noise remains the difficult constraint to overcome on power lines communications (PLC). Usually, the impact of asynchronous impulsive disturbances over power lines is partly compensated by means of retransmission mechanisms. However, the main drawbacks of the use of retransmission solutions for impulsive noise mitigation are the bitrate loss and the induced time delays that may be prohibitive for real-time services. Although several other countering strategies are proposed in the literature, only very few of them have a good compromise between correction capability and implementing complexity for PLC systems. In this context, we proposed an adaptive linear filter, the Widrow filter, also known as ADALINE (Adaptive LInear neurons), as a denoising method for PLC systems. To improve the performance of the denoising method using ADALINE, we proposed to use a neural network (NN) as a nonlinear denoising method. The neural network is a good generalization of the ADALINE filter. In a second step, to improve the performances of denoising by NN, we proposed a combined denoising method based on EMD (Empirical Mode Decomposition) and MLPNN (Multi Layer Perceptron Neural Network). The noised signal is pre-processed by EMD which decomposes it into signals less complex and therefore more easily analyzed. Then the MLPNN denoises it. Finally, we proposed an asynchronous impulsive noise estimation method using the GPOF method (Generalized Pencil Of Function). The performances of the two methods, EMD-MLPNN and GPOF technique, are evaluated using a PLC transmission chain compatible with the HPAV standard., Le travail présenté dans cette thèse a pour objectif de proposer et d'évaluer les performances de différentes techniques de suppression de bruit impulsif de type asynchrone adaptées aux transmissions sur courants porteurs en lignes (CPL) indoor. En effet, outre les caractéristiques physiques spécifiques à ce type de canal de transmission, le bruit impulsif asynchrone reste la contrainte sévère qui pénalise les systèmes CPL en terme de QoS. Pour remédier aux dégradations dues aux bruits impulsifs asynchrones, les techniques dites de retransmission sont souvent très utilisées. Bien qu'elles soient efficaces, ces techniques de retransmission conduisent à une réduction de débit et à l’introduction de délais de traitement supplémentaires pouvant être critiques pour des applications temps réel. Par ailleurs, plusieurs solutions alternatives sont proposées dans la littérature pour minimiser l'impact du bruit impulsif sur les transmissions CPL. Cependant, le nombre de techniques, qui permettent d'obtenir un bon compromis entre capacité de correction et complexité d'implantation reste faible pour les systèmes CPL. Dans ce contexte, nous proposons dans un premier temps d'utiliser un filtre linéaire adaptatif : le filtre de Widrow, nommé aussi ADALINE (ADAptive LInear NEuron), que nous utilisons comme méthode de débruitage pour les systèmes CPL. Pour améliorer les performances du débruitage effectué à l'aide d'ADALINE, nous proposons d'utiliser un réseau de neurones (RN) non linéaire comme méthode de débruitage. Le réseau de neurones est un bon outil qui est une généralisation de la structure du filtre ADALINE. Dans un deuxième temps, pour améliorer les performances du débruitage par un réseau de neurones, nous proposons un procédé d'annulation du bruit impulsif constitué de deux algorithmes : EMD (Empirical Mode Decomposition) associé à un réseau de neurones de type perceptron multicouches. L'EMD effectue le prétraitement en décomposant le signal bruité en signaux moins complexes et donc plus facilement analysables. Après quoi le réseau de neurones effectue le débruitage. Enfin, nous proposons une méthode d'estimation du bruit impulsif utilisant la méthode GPOF (Generalized Pencil Of Function). L'efficacité des deux méthodes, EMD-RN et la technique utilisant l'algorithme GPOF, est évaluée en utilisant une chaîne de simulation de transmission numérique compatible avec le standard HPAV.

The work presented in this thesis concerns the use of time techniques for impulsive ElectroMagnetic Compatibility (EMC) applications, mainly for Modes Stirred Reverberation Chamber (MSRC) studies. Contrary to approaches from frequency domain, obviously well-fitted for studies in resonant cavities, the main idea of this thesis was to study an original time method for MSRC investigation to propose new paradigms for equipment characterization. Originally developed in acoustics, the Time Reversal (TR) process recently applied to electromagnetic waves allows focusing it both in time and space. The process quality is even higher if the propagation environment is reverberant. Thus, the Reverberation Chambers (RC) are an ideal locations for TR implementation. After a study of parameters involved in the TR process coupled with the definition of specific numerical methods, the applications of TR in MSRC are exposed. In particular, the interest of selective focusing for radiated susceptibility tests is demonstrated. The importance of absorption and diffraction coefficients for MSRC equipment justifies their accurate and efficient characterization. To this end, the implementation of a temporal calculation of the Total Scattering Cross Section (TSCS) in RC is detailed. The application of this new technique to different forms of stirrers allows finally to face these results with those obtained from standard EMC test., Le travail présenté dans cette thèse concerne la mise en oeuvre numérique de techniques temporelles pour des applications en compatibilité électromagnétique (CEM) impulsionnelle, essentiellement pour des études en chambre réverbérante à brassage de modes (CRBM). Prenant le contre-pied des approches fréquentielles, adaptées par nature aux études de cavités résonantes, l’idée directrice de ce mémoire a été d’étudier des moyens temporels originaux d’investigation de CRBM en vue de proposer de nouveaux paradigmes pour la caractérisation d’équipements. Originellement développé en acoustique, le processus de retournement temporel (RT) récemment appliqué aux ondes électromagnétiques permet une focalisation spatiale et temporelle de ces dernières d’autant meilleur que le milieu de propagation est réverbérant. Les chambres réverbérantes (CR) sont ainsi des endroits idéaux pour l’application du processus de RT. Après une nécessaire étude des nombreux paramètres qui gouvernent ce dernier couplée à la définition de méthodologies numériques spécifiques, les applications du RT en CRBM sont exposées. En particulier, l’intérêt d’une focalisation sélective pour des tests en susceptibilité rayonnée est démontré. L’importance des coefficients d’absorption et de diffraction des équipements en CRBM justifie leur caractérisation précise et efficace. À cette fin, la mise en oeuvre d’un calcul temporel de section efficace totale de diffraction (TSCS en anglais) est détaillée. L’application de cette nouvelle technique à différentes formes de brasseurs de modes permet au final de confronter ces résultats avec ceux obtenus à l’aide de tests normatifs CEM.

During their use, electronic products are subjected to electrostatic discharge (in English: ESD - ElectroStatic Discharge) can induce errors operations and / or destruction. To overcome such shortcomings, tests are carried out in the following industry different standards, such as ISO10605 or IEC61000-4-2 for cars. When product failure is revealed, there is no tool, no method to analyze or predict the behavior of the system. Designers need to redesign the product until it meets the requirements of the standard or customers, without sufficient investigation methods for understanding the mechanisms of degradation during discharge. This can lead to numerous designs before finding a solution that is not necessarily the most efficient and most economical. The work presented in this paper are oriented on the development of modeling methods and characterization of a system for analyzing and understanding the patterns of spread and failure occurs when an electrostatic discharge on an electronic map. Given the levels of complexity that must be managed for a complete system, the modeling methodology implementation is based on a hierarchical behavioral description using VHDL-AMS language. This method is intended to analyze the spread of the discharge current in a system from an ESD generator to internal phenomena to the chip. In parallel we have had to develop, based on existing methods, measurement techniques allow more sophisticated than those available in standard investigation. The measurements obtained using these techniques to make correlations with simulations. This whole approach was validated through three case studies. Through these methods this thesis provides system designers with the tools to analyze the impact of ESD phenomenon in a system both from a strength point of view that susceptibility.; Durant leurs utilisations, les produits électroniques sont soumis à des décharges électrostatiques (en anglais : ESD - ElectroStatic Discharge) pouvant induire des erreurs de fonctionnements et/ou leur destructions. Pour s'affranchir de ce type de défaillances, des tests sont effectués dans l'industrie suivant différents standards, comme l'IEC61000-4-2 ou l'ISO10605 pour l'automobile. Lorsqu'une défaillance du produit est révélée, il n'existe aucun outil, aucune méthode permettant d'analyser ou de prédire le comportement du système. Les concepteurs doivent remanier le produit jusqu'à ce que celui-ci remplisse les exigences du standard ou des clients, sans avoir suffisamment de méthodes d'investigation pour comprendre les mécanismes de dégradation durant la décharge. Ceci peut conduire à de nombreuses conceptions avant de trouver une solution qui n'est pas forcément la plus efficace et la plus économique. Les travaux présentés dans ce document sont orientés sur le développement de méthodes de modélisation et de caractérisation permettant d'analyser un système et de comprendre les modes de propagation et de défaillance lorsque survient une décharge électrostatique sur une carte électronique. Etant donné les niveaux de complexité qu'il faut gérer pour un système complet, la méthodologie de modélisation mise en œuvre est basée sur une description comportementale hiérarchique utilisant le langage VHDL-AMS. Cette méthode est destinée à analyser la propagation du courant de décharge dans un système depuis un générateur ESD jusqu'aux phénomènes internes à la puce. En parallèle nous avons été amenés à développer, sur la base de méthodes existantes, des techniques de mesure permettant une investigation plus poussée que celles proposées dans les standards. Les mesures, obtenues à l'aide ces techniques permettent de réaliser des corrélations avec les simulations. Toute cette approche a été validée au travers de trois cas d'étude. Grâce à ces méthodes cette thèse propose aux concepteurs de système des outils leur permettant d'analyser l'impacte d'un phénomène ESD dans un système aussi bien d'un point de vue robustesse que susceptibilité.

3 pages; International audience; A simple analytical model to predict the DC MOSFET behaviour under electromagnetic interference (EMI) is presented. The model is able to describe the MOSFET performance in linear and saturation regime under EMI disturbance applied on the gate. The model consists of a unique simple equivalent circuit based on a voltage dependant current source and a reduced number of parameters which can accurately predict the drift on the drain current due to the EMI source. The analytical approach has been validated by means of electric simulation and measurements and can be easily introduced in circuit simulators. The proposed modelling technique combined with the nth-power law model of the MOSFET without EMI, significantly improves its accuracy in comparison with the nth-power law directly applied to a MOSFET under EMI impact.

International audience; This work is devoted to the study of the influence of inter-component coupling on the performance of EMC filters. A preliminary study on a simple LC filter allowed us to highlight the influence of the components placements on the quality of the filter. A procedure for evaluating inter-component coupling using optimization methods and 3D digital models is proposed. This procedure has been validated in the case of a loop-loop structure. The developed models will be used later to perform optimizations of the components placements to improve the quality of the filter in its design.

International audience; In this paper, a behavioral modeling methodology to predict ElectroStatic-Discharge (ESD) failures at system level is proposed and validated. The proposed models enable time domain simulation to determine voltage and current waveforms inside and outside an IC during ESD events in order to predict the susceptibility of an electronic system to ESD. Very-high-speed integrated circuit Hardware Description Language - Analog and Mixed Signals (VHDL-AMS) is used as the description language. The purpose of this methodology is based on the improvement of Input Output Buffer Information Specification (IBIS) models widely used in signal integrity (SI) simulation. In this paper the additional information required to be added to IBIS files is described, and comparison between simulations and measurements are exposed.

This thesis was performed in IRSEEM and it is under the EPEA project (EMC Platform for Embedded Applications) of Aerospace Valley cluster. Its objective is to develop models of the emissions radiated by electronic devices. These models must be generic (i.e. applicable to any device), easy to obtain and insertable into commercial electromagnetic simulation tools. Firstly, a model capable to predict electric and magnetic fields in the half-space above a device is developed. It is based on a set of electric and magnetic dipole equivalent sources. Two matrix inversions using the least-square inverse method allow their determination. The model is applied to several circuits (passives and actives) with good results. The insertion of the models into commercial simulators is possible thanks to a reduction in the number of sources. This model is then used for two EMC applications. Firstly, the prediction of the coupling between an aggressor device and a transmission line by two different procedures: an analytical one and a numerical one, then the far-field prediction. Finally, another modelling method to recreate the electric and the magnetic fields in the space surrounding the device is proposed and validated on simple cases., Cette thèse effectuée au sein de l'IRSEEM s'inscrit dans le cadre du projet EPEA (EMC Platform for Embedded Applications) du pôle de compétitivité Aerospace Valley. L'objectif de ces travaux est le développement de méthodologies de modélisation des émissions rayonnées de composants électroniques. Les modèles doivent être génériques (i.e. applicable à toute sorte de composant), d'obtention facile et insérables dans des outils de simulation électromagnétique commerciaux. Un modèle capable de prédire les champs électrique et magnétique dans le demi-espace au-dessus d'un dispositif est développé dans un premier temps. Il est basé sur un réseau de sources équivalentes de type dipôles électrique et magnétique. Deux inversions de matrices au sens des moindres carrées permettent leur détermination. Le modèle est caractérisé en termes de robustesse vis-à-vis de perturbations dans les données d'entrée et est ensuite appliqué à plusieurs circuits (passifs et actifs) avec de bons résultats. L'insertion des modèles dans des simulateurs commerciaux est possible grâce à une réduction du nombre de sources. Ce modèle est ensuite utilisé pour deux applications CEM : tout d'abord, la prédiction du couplage entre un dispositif agresseur et une ligne de transmission par deux procédures différentes : une analytique et une seconde numérique, puis la prédiction des champs lointains. Finalement, une nouvelle méthode de modélisation pour recréer les champs électrique et magnétique dans l'espace entourant le dispositif est proposée et validée sur des cas simples.

The context of the study is the ElectroMagnetic Compatibility (EMC). Principal aim of the EMC is to ensure the compatibility between an electromagnetic perturbance source and an electronic device victim. Unfortunately, the perturbation levels prediction can not be made using an analytic formula, because the geometry which is generally complex for the interesting system, for example the field inside an aircraft’s cockpit. Therefore, we are contrained to use numerical methods, to be able to evaluate this coupling level between sources and victims. Among several existing numerical methods, Multi-Domains (MD) methods are very interesting. They offer to users the freedom to choose the most powerfull numerical method, in terms of the geometrical zone evaluated. With the MD methods, « Domain Decomposition Method » (DDM) has the avantage of decouplingeach of theses areas. Therefore, DDM is very interesting, compared to other methods, in particular on the numerical cost. ONERA keeps on developing this method, which has not stop showing his efficiency since several years, in particular in Radar Cross Section (RCS) and antennas. The objective of this study is to take the benefits of this method for EMC problems. Up to now, several EMC applications treated by the DDM code provided results strongly noisy. Even for with very simple electromagnetic cases, some problems remained without convincing explanations. This justifies this study. The aim of this thesis is to can be able to apply DDM formalism to EMC problems. Then, we have been induced to redefine a number of conventions which are involved in the DDM. Otherwise, we have developed a specific model for the apertures which are privilegied tracts of the coupling by the penetration of waves inside cavities (shieldings). As the apertures have in practice smaller dimensions compared to the wavelength, we have been interested to a quasistatic model which was developped, implemented and validated. Following this model, we have developed an original method, based on a two step calculation, able to do not discretize the apertures support in 3D computations., Le contexte d’étude est celui de la Compatibilité ÉlectroMagnétique (CEM). L’objectif de la CEM est, comme son nom l’indique, d’assurer la compatibilité entre une source de perturbation électromagnétique et un système électronique victime. Or, la prédiction de ces niveaux de perturbation ne peut pas s’effectuer à l’aide d’un simple calcul analytique, en raison de la géométrie qui est généralement complexe pour le système que l’on étudie, tel que le champ à l’intérieur d’un cockpit d’avion par exemple. En conséquence, nous sommes contraints d’employer des méthodes numériques, dans le but de prédire ce niveau de couplage entre les sources et les victimes. Parmi les nombreuses méthodes numériques existantes à ce jour, les méthodes Multi-Domaines (MD) sont très prisées. En effet, elles offrent la liberté aux utilisateurs de choisir la méthode numérique la plus adaptée, en fonction de la zone géométrique à calculer. Au sein de ces méthodes MD, la « Domain Decomposition Method » (DDM) présente l’avantage supplémentaire de découpler chacun de ces domaines. En conséquence, la DDM est particulièrement intéressante, vis-à-vis des méthodes concurrentes, en particulier sur l’aspect du coût numérique. Pour preuve, l’ONERA continue de développer cette méthode qui ne cesse de montrer son efficacité depuis plusieurs années, notamment pour le domaine des Surfaces Équivalentes Radar (SER) et des antennes. L’objectif de l’étude est de tirer profit des avantages de cette méthode pour des problématiques de CEM. Jusqu’à maintenant, de nombreuses applications de CEM, traitées par le code DDM, fournissaient des résultats fortement bruités. Même pour des problématiques électromagnétiques très simples, des problèmes subsistaient, sans explication convaincante. Ceci justifie cette étude. Le but de cette thèse est de pouvoir appliquer ce formalisme DDM à des problématiques de CEM. Dans cette optique, nous avons été amenés à redéfinir un certain nombre de conventions, qui interviennent au sein de la DDM. Par ailleurs, nous avons développé un modèle spécifique pour les ouvertures, qui sont des voies de couplage privilégiées par les ondes, à l’intérieur des cavités que représentent les blindages. Comme les ouvertures sont, en pratique, de petites dimensions devant la longueur d’onde, on s’est intéressé à un modèle quasi-statique. Nous proposons alors un modèle, qui a été implémenté, puis validé. Suite à ce modèle, nous avons développé une méthode originale, basée sur un calcul en deux étapes, permettant de ne plus discrétiser le support des ouvertures dans les calculs 3D.

In power electronics field, in order to improve the efficiency of functioning of converter-machine associations, the semiconductors used in PWM inverters operate at higher switching frequencies; this has generated restrictive electromagnetic interference (EMI). During this study, we are particularly interested in common mode (CM) conducted noise emissions that are the most disturbing in this kind of system. These disturbances will not only deteriorate motor bearings but also propagate to electrical network and generate radiated emissions that could create malfunctions in sensitive avionic surrounding equipments, especially the embedded electronics. These disturbances, which are a part of Electromagnetic Compatibility (EMC) problems, are increasingly attracting the attention of industry, particularly in the aeronautical field that is moving towards a generation of “more electric” aircraft. To ensure the reliability of the entire system, EMC standards (ex. DO-160D in aeronautics) have to be respected. The system modelling is the starting point of this work. The chosen approach, called “two-port network”, is based on specific measurements of the CM voltage generated by the inverter, and of equivalent CM impedances of each component of the system, which is represented by a two-port network associated with an impedance matrix [Z]. This simple, efficient and versatile modelling approach enables us to estimate or calculate directly CM currents and CM voltages at various parts of the system in the frequency domain. The comparison with experimental results shows the validity of the model on a wide frequency range. This model is then used for sensitivity studies and finding solutions to reduce CM disturbances. Finally, a model, taking into account the CM currents flowing through the ground plan, has proposed a modelling close to a real variable-speed drive system installed in industry or on an airplane., Dans le domaine de l'électronique de puissance, afin d'améliorer l'efficacité du fonctionnement des associations convertisseurs-machines, les semi-conducteurs utilisés fonctionnent à des fréquences de plus en plus élevées, ceci engendre des perturbations électromagnétiques très contraignantes.Durant cette étude, nous nous intéressons particulièrement aux perturbations conduites de mode commun (MC) qui est le mode le plus pénalisant dans ce genre de système. Ces perturbations vont d'une part dégrader les roulements du moteur et d'autre part se propager vers l'alimentation et engendrer des perturbations rayonnées qui peuvent créer des dysfonctionnements dans les appareils environnants, notamment les systèmes électroniques bas niveau. Ces perturbations, qui font partie des problèmes de compatibilité électromagnétique (CEM), attirent de plus en plus l'attention des industriels, notamment dans le domaine aéronautique qui s'oriente vers une génération d'avions « plus électriques ». Pour assurer la sûreté de fonctionnement, il convient de respecter des normes de CEM strictes (ex. DO-160D en aéronautique). La modélisation du système constitue le point de départ de ce travail. L'approche choisie, dite « quadripolaire », est basée sur des mesures spécifiques de la tension de MC générée par l'onduleur, et des impédances équivalentes de MC de chaque constituant du système qui est représenté par un quadripôle associé à une matrice d'impédance [Z]. Ce modèle simple, efficace et surtout versatile nous permet d'estimer ou de calculer directement dans le domaine fréquentiel les courants et les tensions de MC aux différents points du circuit. La confrontation aux résultats expérimentaux montre la validité du modèle sur une large gamme de fréquences. Ce modèle est ensuite exploité à des fins d'études de sensibilité et de dimensionnement de solutions de réduction des perturbations conduites de MC. Enfin, un modèle, tenant compte du courant circulant dans le plan de masse, propose une modélisation proche d'un système d'entraînement réel installé en secteur industriel ou à bord d'un avion.

The study of electromagnetic compatibility becomes an obligated passage for designers of power electronics circuits. The complexity of phenomena that come into action in that study makes more and more necessary the use of a CAD tool for prediction of radiated and conducted electromagnetic perturbations. The present work is devoted to modelling electromagnetic interference from power electronic circuits. The first proposed method is based on an analytic approach of the problem where the coupling in the circuit are approximately quantified. In the case of complicated circuit, these approximations are not sufficient, so the use of a numerical method becomes indispensable to take into account al1 the coupling in the circuit. The study of numerical methods shows that in the actual state of things, no-method is well adapted to Our application. Nevertheless, Our choice was fixed on the moments method which is the best when responding to specifications. While this method don't solve non-linear problems, it can not take into account non-linear components. So we propose its coupling with a temporal resolution to make linear the resolution. The method is implemented to solve problems with wire structures in three dimensions. After, it is applied to calculate interference from a circuit of a chopper. Numerical results are completed with an experimental evaluation of the radiated field. To improve numerical results, we investigate the “thin wire approximation” used when modelling printed circuit board (PCB). Finally, we propose a more accurate mode1 which take into account skin and nearby effects in the PCB., L'étude de la compatibilité électromagnétique (CEM) est devenue un passage obligé pour les concepteurs de circuits d'électronique de puissance. La complexité des phénomènes qui entrent en jeu lors de cette étude fait de plus en plus sentir le besoin d'un outil CAO de prédiction des perturbations électromagnétiques conduites et rayonnées. Le présent travail est consacré à la modélisation du rayonnement électromagnétique des circuits d'électronique de puissance. La première méthode proposée est basée sur une approche analytique du problème, où les couplages dans le circuit sont quantifiés de manière approximative. Dans le cas de circuits complexes, ces approximations ne sont plus suffisantes et il devient indispensable d'utiliser une méthode numérique afin de tenir compte de tous les couplages. L'état de l'art en matière de méthodes numériques nous montre qu'en l'état actuel des choses, aucune méthode n'est complètement adaptée à notre application. Néanmoins, notre choix s'est fixé sur la méthode des moments qui répond le plus à notre cahier des charges. Etant donnée que celle-ci ne résout pas les systèmes non linéaires, et sachant que notre résolution doit tenir compte de la présence de composants non linéaires, nous proposons un couplage avec un simulateur de circuits afin de linéariser notre problème. La méthode est mise en oeuvre pour permettre la résolution de problèmes avec structures filaires en trois dimensions. Ensuite, elle est appliquée pour calculer le rayonnement d'un circuit de type hacheur. Les résultats de calcul sont complétés par une évaluation expérimentale du rayonnement. Afin d'améliorer les résultats numériques, nous examinons la validité de l'hypothèse "fil fin" adoptée pour modéliser les pistes de circuits imprimés. Finalement, nous proposons une hypothèse plus précise qui permet de tenir compte de l'effet de peau et de l'effet de proximité dans les pistes.

This study deals with conducted electromagnetic noise problems on the power supply related to power electronic circuits, which oeeur in the radio-frequency range 110 kHz - 30 MHz).After a short introduction, some basics coneerning signal processing. standard régulations and metrology. ail of which provide the necessary tools to treat CEM problems theoretically as well as experimentally. are presented. The main study is conducted in part three aiming at the characterization and prédiction of the noise spectrum level of a power conversion chain t rectifier, filter and séries ehoppen. First, eaeh subsystem is investigated seperately. then the global émission of the whole Systems is considered. The anaiytical approach is always verified by expérimental results.The characterization of noise émission involves two distinct parts, the qualification and quantification ofthe noîse source and the noise signal propagation path. Thèse investigations do not only provide an identification of the prédominent components. but also highlight their sensibility.The gênerai eharacter oï the methodology allows the extension to other power structures, as underlines the example of a résonant chopper.Finallv, a unified approach of both, differential and common mode, as a whole is initialized and suggests a variety of interesting perspectives.i, Les travaux présentés dans ce mémoire ont pour objectif la modélisation des perturbations conduites dans les convertisseurs d'Electronique de Puissance. La earaetérisaiion de ces perturbations émises sur le réseau d'alimentation se fait dans la bande des radiofréquences de 10 kHz à 30 MHz.Un chapitre important a été consacré aux notions de base, en traitement du signal, en matière de normes d'émission et de métrologie afin de définir clairement les méthodes et les procédures de mesure. Caractériser les spectres d'émission des convertisseurs d'électronique de puissance nécessite d'identifier les sources perturbatrices (origine des phénomènes) ainsi que les chemins de propagation empruntés par les perturbations.Au cours de cette étude, tant pour les sources, que pour les chemins, les éléments prépondérants ont été identifiés ainsi qu'une analyse de leur sensibilité a été proposée. Cette méthodologie a été mise au point sur l'exemple simple d'un hacheur série, puis validée sur d'autres types de structure notamment grâce à de nombreux résultats expérimentaux.L'approche est suffisamment générale pour que l'on puisse s'intéresser également aux perturbations générées par une chaîne de conversion d'énergie regroupant plusieurs convertisseurs en cascade.Enfin, une approche unifiée permettant d'intégrer à la fois les phénomènes de mode différentiel et de mode commun a été initiée et ouvre des perspectives intéressantes.