SYMPOSIUM DE GENIE ELECTRIQUE (SGE 2021), 6 – 8 JUILLET 2021, NANTES, FRANCE
Convertisseur DC-DC modulaire à composants GaN : pertinence du Dual Active Bridge converter en configuration ISOP
Lucas PNIAK(1 et 2), Jean-Sylvio NGOUA TEU MAGAMBO(1), Corentin RIZET(3), Bertrand REVOL(1), Loïc QUEVAL(2), Olivier BETHOUX(2)
SAFRAN TECH(1); Laboratoire de Génie électrique et électronique de Paris-CentraleSupélec(2); SIREPE(3)
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RÉSUMÉ – Ce papier met en évidence les points forts du Dual Active Brige converter (DAB) en configuration Input Series Output Parallel (ISOP) à deux cellules entrelacées en comparaison avec un DAB classique. Le cas d’usage retenu correspond à une brique élémentaire de conversion DC/DC à composants GaN pour les avions plus électriques. L’étude s’appuie sur des résultats théoriques et un algorithme de prédimensionnements permettant d’identifier les paramètres dimensionnant des deux structures en maximisant leur densité massique de puissance. Si les résultats rendus par l’algorithme ne permettent pas de conclure sur l’avantage d’une structure par rapport à l’autre, ils annoncent une densité de puissance de près de 4,5 kW/kg ce qui est supérieur aux réalisations présentées dans la littérature.
Mots-clés – Convertisseur modulaire bidirectionnel, Dual Active Bridge converter, composants GaN, haute puissance spécifique, aéronautique
Fig 1 : Dual Active Bridge Converter
CONCLUSION ET FUTURS TRAVAUX – L’outil de pré-dimensionnement développé dans le cadre de ce projet offre la possibilité de faire varier un grand nombre de paramètres dimensionnant du Dual Active Bridge converter et du DAB ISOP. La rapidité de calcul des modèles analytiques y joue un rôle fondamental. Grâce à cet algorithme ont été identifiés des jeux de paramètres maximisant la densité massique de puissance de la brique élémentaire. Celle-ci peut atteindre 4,5 kW/kg sans prendre en compte les filtres CEM. Une réalisation expérimentale à plus de 2 kW/kg semble donc envisageable. Les simulations qui ont été menées jusqu’à présent mettent en évidence les points forts de la configuration ISOP deux cellules du DAB : réduction des ondulations de courant redressé, diminution des contraintes de résonance dans le transformateur, diminution des contraintes thermiques sur le pont BT. Cependant, les avantages ne traduisent pas une nette augmentation de la densité massique de puissance par rapport au DAB classique. En effet, l’augmentation du niveau de courant traversant les pont HT renforce les contraintes thermiques sur ce dernier. La masse de dissipateur à ajouter vient compenser les gains précédents. La future étude expérimentale permettra de trancher sur les performances des deux structures. L’entrelacement des commandes des cellules du DAB ISOP peut notamment avoir un impact positif sur le volume de filtre à mobiliser.
