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Sciences pour l'ingénieur >> Electronique et microélectronique - Optoélectronique
7 proposition(s).

Architecture parallèle d'onduleurs de courant pour la conversion d'énergie photovoltaïque en forte puissance

Département des Technologies Solaires (LITEN)

Ingénieur en électronique de puissance

01-09-2018

SL-DRT-19-0061

jeremy.martin@cea.fr

Classiquement, les systèmes de conversion de l'énergie électrique dans le domaine photovoltaïque sont des structures de type onduleurs de tension [4] - [7]. Dans ce cas, la chaîne de conversion de l'énergie photovoltaïque est composée de deux étages: un convertisseur DC-DC suivi d'un onduleur de tension (VSI). Ces topologies à base de sources de tension ont des inconvénients à court terme (problèmes de durée de vie des condensateurs de liaison) [5], [8], [9] et une efficacité relativement réduite (en raison d'une double conversion) [5]. En tant que solution alternative, la structure en onduleur de courant (CSI) peut être utilisée. Parmi les avantages de la structure CSI, peuvent être listés : -Une réduction du nombre de composants de puissance, en raison de la conversion de l'énergie avec un seul étage de conversion [5] -Une durée de vie du convertisseur plus importante (par rapport aux structures classiques) en raison de la suppression du condensateur de liaison [5], [8], [9] et d'une tension à l'état bloquée vue par les interrupteurs inférieure [11] -Une intégration d'une protection contre les courts-circuits naturelle D'autre part, la topologie CSI présente les inconvénients suivants: - Des pertes de conduction relativement élevées, en raison de la connexion en série de dispositifs (MOSFET + Diode) [4], [6] - L'exigence de protection spéciales côtés AC et DC [4] Pour la topologie CSI, un moyen possible de surmonter l'inconvénient des pertes de commutation élevées consiste à utiliser des dispositifs à large bande (WBG). Plus précisément, les semi-conducteurs de SiC, en raison de leurs plages de tension plus élevées. Le LSPV travaille actuellement sur: -La caractérisation des semi-conducteurs WBG en calibre 1.7kV -Le dimensionnement et réalisation d'un CSI de 100 kW (utilisant les modules développés sur-mesure) -La caractérisation du rendement des convertisseurs par des méthodes calorimétriques -L'étude et réalisation d'un convertisseur CSI multi-niveaux de forte puissance Le sujet de la thèse se situe dans la continuité logique de ce travail avec une partie importante relative au contrôle de la structure, à l'entrelacement des blocs, à la réduction de la taille de l'inductance d'entrée. [1] Jäger-Waldau, A. (2016). PV Status Report 2016. JRC Science for Policy Report (Publications Office of the European Union, 2016). [2] Photovoltaics report. Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems-ISE, Freiburg, November 2016. Retieved May 2017. [3] BURGER, Bruno. Power Electronics for Photovoltaics. 2015. [4] Sahan, B., Araujo, S. V., Noding, C., & Zacharias, P. (2011). Comparative evaluation of three-phase current source inverters for grid interfacing of distributed and renewable energy systems. IEEE Transactions on Power Electronics, 26(8), 2304-2318. [5] Bülo, T., Sahan, B., Nöding, C., & Zacharias, P. (2007, September). Comparison of three-phase inverter topologies for grid-connected photovoltaic systems. In Proc. 22nd Eur. Photovolt. Sol. Energy Conf. Exhib., Milan, Italy. [6] Martin, J., Bier, A., Catellani, S., Alves-Rodrigues, L. G., & Barruel, F. (2016, May). A high efficiency 5.3 kW Current Source Inverter (CSI) prototype using 1.2 kV Silicon Carbide (SiC) bi-directional voltage switches in hard switching. In PCIM Europe 2016; Proceedings of (pp. 1-8). VDE. [7] Sahan, B., Vergara, A. N., Henze, N., Engler, A., & Zacharias, P. (2008). A single-stage PV module integrated converter based on a low-power current-source inverter. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 55(7), 2602-2609. [8] Wang, H., Liserre, M., & Blaabjerg, F. (2013). Toward reliable power electronics: Challenges, design tools, and opportunities. IEEE Industrial Electronics Magazine, 7(2), 17-26. [9] Yang, S., Bryant, A., Mawby, P., Xiang, D., Ran, L., & Tavner, P. (2011). An industry-based survey of reliability in power electronic converters. IEEE Transactions on Industry Applications, 47(3), 1441-1451. [10] Engler, A., et al. "Design of a 200W 3-phase module integrated PV inverter as part of the European project PV-MIPS." Proceedings of the 21st European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, Dresden, Germany. 2006. [11] Felgemacher, C., Araujo, S. V., Noeding, C., & Zacharias, P. (2016, May). Benefits of increased cosmic radiation robustness of SiC semiconductors in large power-converters. In PCIM Europe 2016; Proceedings of (pp. 1-8). VDE. [12] Rashid, M. H. (2010). Power electronics handbook: devices, circuits and applications. Academic press.

Acquisition compressive non lineaire pour des applications d'inférence en imagerie

Département Architectures Conception et Logiciels Embarqués (LIST-LETI)

Laboratoire Circuits Intégrés, Intelligents pour l'Image

MSc, diplôme d'ingénieur

01-10-2019

SL-DRT-19-0299

william.guicquero@cea.fr

Dans un contexte où les capteurs d'images et la vision artificielle tendent à se démocratiser de plus en plus, l'enjeu majeur réside dans la façon de traiter les informations, de la manière la plus efficace et au plus proche des capteurs. Dans ce type de système embarqué, les capacités de prises de décision intelligentes continuent à s'étendre tandis que les ressources disponibles (mémoire, puissance de calcul et consommation) restent fortement contraintes. La consommation des capteurs et traitements associés est largement liée à la quantité de données et donc à la dimensionnalité des signaux. C'est pourquoi les nouvelles méthodes basées sur l'acquisition compressive semblent particulièrement prometteuses car rendant possible des gains à la fois côté capteur et calculs. En particulier, de récents résultats théoriques démontrent que des techniques d'apprentissage machine s'appliquent directement sur des données acquises à l'aide de ce paradigme. Cependant, les résultats actuels se cantonnent pour le moment aux techniques dites « linéaires ». Dans le cadre de cette thèse, il s'agira donc d'identifier les limitations théoriques liées à la combinaison de l'acquisition compressive et des techniques plus avancées de Machine Learning afin de définir des flots algorithmiques en rupture permettant de meilleurs compromis ressources/performances. Fort d'une expertise au sein du laboratoire sur ces deux thématiques, cette thèse aura pour but d'évaluer l'intérêt de l'introduction de non-linéarités durant le processus de traitement. L'objectif final sera d'identifier des leviers pour la conception d'un capteur d'image intelligent réalisant de la reconnaissance de contexte (e.g., détection d'objets spécifiques dans une scène et ce à moindre coût matériel).

Etude d'antennes à réseaux transmetteurs reconfigurables aux fréquences sub-THz en technologie monolithique

Département Systèmes

Laboratoire Antennes, Propagation, Couplage Inductif

Master 2 recherche, école d'igénieur, Master of Science en télécommunications, en micro-ondes ou en électronique des hautes fréquences

01-12-2018

SL-DRT-19-0320

antonio.clemente@cea.fr

En raison de la rareté des ressources spectrales et de la nécessité d'une large bande passante pour les communications à haut débit, les bandes millimétriques (mm-wave) et sub-THz de 30 à 350 GHz sont très attractives pour les futures applications de communications hautes performances. Dans ce contexte, des antennes avec un gain important et une possibilité de couverture radioélectrique reconfigurable (dépointage électronique de faisceau, faisceaux multiples, faisceaux formés) sont nécessaires pour le développement des nouvelles applications (civiles et militaires). Typiquement constituées d'un ou plusieurs panneaux rayonnants fonctionnant en transmission et illuminés par une sources focale ou par un réseau focal, les antennes à réseaux transmetteurs (également appelées lentilles discrètes) sont une technologie antennaire très prometteuses car elles sont réalisées grâce à des technologies planaires de type circuit imprimé compatibles avec l'intégration de dispositifs actifs (diodes, MEMS, NEMS, semi-conducteurs, etc.) qui peuvent permettre le contrôle du champ électromagnétique dans l'ouverture rayonnante, et elles offrent de très bonnes performances (bande passante, pureté de polarisation). Les études réalisées par le CEA et l'IETR (université de Rennes I) à partir du 2006 ont permis la démonstration des potentialités des réseaux transmetteurs dans la bande 10-170 GHz et le développement conjoint d'une expertise à la pointe au niveau international dans ce domaine. Les innovations majeures scientifiques et techniques par rapport à l'état de l'art sont les suivantes : premières démonstrations expérimentales au niveau mondial (1) d'antennes plates ultra-directives (gain > 43 dBi) et très efficaces (rendement > 70%) à 300 GHz, (2) de réseaux transmetteurs ultra-plats, (3) de techniques d'auto-alignement et de formation de faisceau pour antennes ultra-directives aux fréquences > 80 GHz.

Modèle de programmation bas niveau pour architecture "non Von Neumann"

Département Architectures Conception et Logiciels Embarqués (LIST-LETI)

Laboratoire Infrastructure et Ateliers Logiciels pour Puces

Master informatique / Ecole d'ingénieur

01-10-2019

SL-DRT-19-0325

Henri-Pierre.Charles@cea.fr

Depuis les années 60 le modèle de programmation utilisé par les processeurs est le modèle "Von Neumann" dans lequel un processeur va chercher instructions et données à traiter dans la même mémoire. L'augmentation de la densité de transistor sur une puce a permis d'augmenter sa fréquence de fonctionnement mais a produit un "goulot d'étranglement" vers la mémoire qui ne peut pas fournir instructions et données à la même fréquence : le mur de la mémoire. Beaucoup de solutions architecturales ont été proposées pour résoudre ce goulot d'étranglement. Une des solutions que nous étudions est une architecture dans laquelle les calculs sont réalisés dans la mémoire, sans déplacer les données vers le processeur. L'évaluation de cette solution a montré des gains potentiels impressionnants en vitesse (x10000) et en énergie (x30). Pour exploiter ce potentiel il faut changer de modèle de programmation car les instructions ne seront plus lues en mémoire mais générées par un processeur qui pilotera un ou plusieurs plan mémoire. Le sujet de la thèse portera la compilation d'un langage haut niveau vers un flot d'instructions entrelaçant des instructions processeurs chargé du contrôle et des calculs d'adresse et des instructions permettant de piloter les calculs en mémoire. Cette thèse s'inscrit dans un projet plus large de réalisation de système contenant des mémoires permettant de réaliser ces calculs.

Conception d'antenne directive miniature et agile sur plusieurs octaves

Département Systèmes

Laboratoire Antennes, Propagation, Couplage Inductif

Master 2 , école d'ingénieurs en électronique (Antenne, Hyperfréquences)

01-09-2019

SL-DRT-19-0423

serge.bories@cea.fr

Dans le sillage du «New Space », les prochaines générations de constellation de micro-satellites nécessitent de revoir l'agencement des antennes disposées sur la face ?Terre' des satellites d'observation. Au regard des contraintes de poids et d'encombrement, la stratégie d'une unique antenne à rayonnement directif unidirectionnel et très large bande (2.5 octaves à partir des bandes VHF) est fortement attractive. Le défi technique consiste à concevoir des structures rayonnantes électriquement petites dans les bandes les plus basses puis de maitriser la qualité et la stabilité du rayonnement à double polarisation circulaire sur le reste de la bande. Concernant les antennes directive très large bande, la réduction de l'épaisseur contraint fortement les performances en terme de bande passante. L'objectif ambitieux est d'atteindre un facteur de miniaturisation de 4 en surface et de 2 en épaisseur par rapport à l'antenne de type dipole magnéto électrique (DMEC) [1]. La stratégie innovante proposée par le CEA LETI vise à contourner le problème des limites physiques des antennes électriquement petite en tirant profit du compromis miniaturisation/bande passante/efficacité [2]. En effet les récepteurs couvrant une très large bande, ne fonctionnent instantanément que sur une sous-bande passante bien plus étroite. L'innovation majeure de la thèse exploite cette réduction de la bande instantanée pour miniaturiser fortement des sources de type Huygens (naturellement uni-directionnelles [3]) par chargement capacitif. En intégrant des composants pilotables (de type banc de capacités commutées développé au CEA LETI [4]) à même la structure rayonnante de l'antenne, on démontrera que l'antenne peut adresser une excursion de plusieurs octaves. L'enjeu scientifique est de dégager une solution générique de type double source de Huygens agile en fréquence et d'en étudier les performances en fonction de la largeur de bande instantanée, des caractéristiques des composants pilotables (excursion, pertes). Des développements seront menés pour optimiser le chargement de la structure antennaire, limiter les phénomènes de pertes. Des analyses viseront à développer des modèles permettant de dégager des stratégies de conception et de se confronter aux limites théoriques bande passante/miniaturisation et efficacité [5]. Une attention sera portée à la sensibilité au contexte de ce genre d'antenne miniature et des solutions pour atténuer cet effet seront suggérées. Enfin plusieurs prototypes fonctionnels seront réalisés et caractérisés expérimentalement dans la grande chambre anéchoïde au CEA LETI ou au CNES pour démontrer par la mesure les avancées réalisées en matière d'antennes miniatures directives agiles en fréquence. Références: [1] A. Kaddour, S. Bories, A. Bellion and C. C. Delaveaud, "3D Printed Compact Wideband Magneto-Electric Dipoles with Circular Polarization," in IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. [2] J. S. McLean, "A re-examination of the fundamental limits on the radiation Q of electrically small antennas," in IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 44, no. 5, pp. 672-, May 1996. [3] P. Alitalo, A. O. Karilainen, T. Niemi, C. R. Simovski and S. A. Tretyakov, "A linearly polarized huygens source formed by two omega particles," Proceedings of the 5th European Conference on Antennas and Propagation (EUCAP), Rome, 2011, pp. 2302-2305. [4] D. Nicolas et al., "SOI CMOS tunable capacitors for RF antenna aperture tuning," 2014 21st IEEE International Conference on Electronics, Circuits and Systems (ICECS), Marseille, 2014, pp. 383-386. [5] Morteza Shahpari, David V. Thiel, "Fundamental limitations for antenna radiation efficiency", accepted for publication in IEEE TRANS. ANTENNAS PROPAG. VOL. 66, NO. X, 2018 1

Modelisation thermomécanique 3D de circuit imprimés

DLORR

Master Sciences des Matériaux, Calculs numériques

01-09-2019

SL-DRT-19-0623

manuel.fendler@cea.fr

La transition numérique s'illustre dans l'usine du futur par l'instrumentation d'outils et de pièces évoluant dans des environnements extrêmement sévères pour l'internet des objets. Afin d'en assurer une intégration efficace et robuste, l'étude proposée dans le cadre de cette thèse a pour but d'acquérir la connaissance des contraintes de dimensionnement, et de mettre en ?uvre les outils de modélisation et de simulation permettant la co-conception mécatronique des futurs systèmes industriels intelligents.

Enrobage métallique de fonctions électroniques communicantes par Cold Spray

DLORR

Sciences de Matériaux, Métallurgie

01-09-2019

SL-DRT-19-0624

manuel.fendler@cea.fr

La transition numérique s'illustre dans l'usine du futur par l'instrumentation d'outils et de pièces évoluant dans des environnements extrêmement sévères pour l'internet des objets. Une des difficultés consiste à intégrer des fonctions communicantes sans fil à l'intérieur de pièces métalliques, notamment à des fins de traçabilité avec des étiquettes RFID. En raison des difficultés liées à l'environnement électromagnétique délicat, il n'existe pas de solutions d'intégration dans l'état l'art. Cette étude a pour but d'exploiter les potentialités offertes par la technique de rechargement de matière à froid appelée Cold Spray, en caractérisant les effets bénéfiques de texture sur les propriétés d'absorption des métaux ainsi mis en ?uvre pour encapsuler la puce électronique.

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