I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   P o w e r   E l e c t r o n i c s   a n d   D r i v e   S y s t e m   ( I J P E D S )   V o l . 2 ,   N o . 3 ,   S e p t e m b e r   2 0 1 2 ,   p p .   2 5 7 ~ 2 6 6   I S S N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4             2 5 7       J o u r n a l   h o m e p a g e :   h t t p : / / i a e s j o u r n a l . c o m / o n l i n e / i n d e x . p h p / I J P E D S   I m p a c t   o f   C o n t r o l   C o n s t r a i n t   o n   A   M u l t i - O b j e c t i v e   B u c k   C o n v e r t e r   D e s i g n       C h e r i f   L a r o u c i 1 ,   K a m a l   E j j a b r a o u i 1 ,   P i e r r e   L e f r a n c 2 ,   C l a u d e   M a r c h a n d 3   1 E S T A C A   e n g i n e e r i n g   s c h o o l ,   C o n t r o l   a n d   s y s t e m   l a b o r a t o r y ,   F r a n c e   2 S U P E L E e n g i n e e r i n g   s c h o o l ,   E n e r g y   D e p a r t m e n t ,   F r a n c e   3 S U P E L E C,   u n i v e r s i t y   P a r i s   1 1 ,   E l e c t r i c a l   e n g i n e e r i n g   l a b o r a t o r y   o f   P a r i s ,   F r a n c e       A r t i c l e   I n f o     A B S T R A C T   A r t i c l e   h i s t o r y :   R e c e i v e d   A p r   1 6 ,   2 0 1 2   R e v i s e d   J u n   6 ,   2 0 1 2   A c c e p t e d   J u n   1 3 ,   2 0 1 2       T h e   c u r r e n t   p a p e r   d e a l s   w i t h   a   m u l t i - o b j e c t i v e   d e s i g n   a p p r o a c h   o f   p o w e r   c o n v e r t e r s   a p p l i e d   t o   a   D C - D b u c k   s t r u c t u r e .   T h i s   a p p r o c h   c o n s i s t s   o n   o p t i m i z i n g   a   p r e s e l e c t e d   p o w e r   a r c h i t e c t u r e   b y   m i n i m i z i n g   a   m u l t i - o b j e c t i v e   f u n c t i o n   ( v o l u m e   a n d   t i m e   r e s p o n s e )   u n d e r   m u l t i - p h y s i c   c o n s t r a i n t s   ( e f f i c i e n c y ,   t h e r m a l ,   e l e c t r o m a g n e t i c   c o m p a t i b i l i t y   a n d   c o n t r o l ) .   T h i s   m u l t i - o b j e c t i v e   o p t i m i z a t i o n   a l l o w s   e v a l u a t i n g   t h e   i m p a c t   o f   t h e   c o n t r o l   a s p e c t   o n   t h e   c o n v e r t e r   d e s i g n   b y   c o n s i d e r i n g   t h e   c o n t r o l   c r i t e r i a   w i t h   t h e   s a m e   i m p o r t a n c e   a s   t h e   c o n v e n t i o n a l   c o n s t r a i n t s .   T h e   o b t a i n e d   r e s u l t s   c o n f i r m   t h e   i n f l u e n c e   o f   t h e   c o n t r o l   o n   t h e   c o n v e r t e r   d e s i g n   p a r a m e t e r s .   T h e y   h e l p   t h e   d e s i g n e r   t o   c h o o s e   s u i t a b l e   o p e r a t i n g   p o i n t s   d e p e n d i n g   o n   t h e   d e s i r e d   p e r f o r m a n c e s   i n   t e r m s   o f   v o l u m e   a n d   t i m e   r e s p o n s e   w h i l e   r e s p e c t i n g   e f f i c i e n c y ,   j u n c t i o n   t e m p e r a t u r e s   a n d   e l e c t r o m a g n e t i c   c o m p a t i b i l i t y   c o n s t r a i n t s .   K e y w o r d :   P o w e r   c o n v e r t e r s     O p t i m i z a t i o n   M u l t i - o b j e c t i v e   d e s i g n   M u l t i - p h y s i c s   c o n s t r a i n t s   Co p y r i g h t   ©   2 0 1 2   I n s t i t u t e   o f   A d v a n c e d   E n g i n e e r i n g   a n d   S c i e n c e .     A l l   r i g h t s   r e s e r v e d .   C o r r e s p o n d i n g   A u t h o r :   C h e r i f   L a r o u c i ,     E S T A C A   e n g i n e e r i n g   s c h o o l ,   C o n t r o l   a n d   s y s t e m   l a b o r a t o r y ,     3 4   r u e   V i c t o r   H u g o ,   9 2 3 0 0   L e v a l l o i s - P e r r e t ,   F r a n c e .   E m a i l :   Ch e r i f . l a r o u c i @ e s t a c a . f r       1 .   I N T R O D U C T I O N   I n   n e a r   f u t u r e ,   p o w e r   c o n v e r t e r s   w i l l   b e   l a r g e l y   u s e d   i n   a u t o m o t i v e   d o m a i n .   A   g o o d   i n t e g r a t i o n   o f   t h e s e   c o n v e r t e r s   w i t h i n   v e h i c l e s   n e e d s   t o   t a k e   i n t o   a c c o u n t   m u l t i - p h y s i c   c o n s t r a i n t s   d u r i n g   t h e i r   d e s i g n   ( t h e r m a l ,   e f f i c i e n c y ,   v o l u m e ,   c o s t ,   e l e c t r o m a g n e t i c   c o m p a t i b i l i t y   ( E M C )   ) .   I n   t h i s   w a y ,   r e s e a r c h   a c t i v i t i e s   h a v e   b e e n   d e v o t e d   t o   d e s i g n   p o w e r   c o n v e r t e r s   u s i n g   d i f f e r e n t   a p p r o a c h e s   [ 1 ] - [ 9 ] .   M o s t   o f   t h e s e   s t u d i e s   a r e   f o c u s e d   o n   t h e   d e s i g n   o f   d e f i n e d   c o n v e r t e r   a r c h i t e c t u r e   t h a n k s   t o   t h e   d e s i g n e r   e x p e r i e n c e .   M o r e o v e r ,   t h e   c o n t r o l l e r   p a r a m e t e r s   c a l c u l a t i o n   i s   c a r r i e d   o u t   a f t e r   t h e   c o n v e r t e r   d e s i g n   s o   t h a t   t h e   c o n t r o l   a s p e c t   i s   d e c o u p l e d   f r o m   t h e   o t h e r   c o n s t r a i n t s .     F u r t h e r m o r e ,   s o m e   w o r k s   h a v e   b e e n   i n t e r e s t e d   t o   t h e   s p a c e   p l a c e m e n t   o f   p o w e r   c o m p o n e n t s   t o   c h e e k   t h e r m a l   a n d   e l e c t r o m a g n e t i c   c o m p a t i b i l i t y   ( E M C )   b u t   j u s t   b e f o r e   t h e   c o n v e r t e r   p r o t o t y p i n g   [ 1 0 ] ,   [ 1 1 ] .   I n   o r d e r   t o   h e l p   t h e   d e s i g n e r   t o   s e l e c t   a p p r o p r i a t e   a r c h i t e c t u r e   a n d   t e c h n o l o g i e s   a n d   t o   r e m o v e   r i s k s   o n   t h e   3 D   c o n v e r t e r   c o m p o n e n t s   p l a c e m e n t   e a r l y   d u r i n g   t h e   d e v e l o p m e n t   p h a s e s   o f   s t a t i c   c o n v e r t e r s ,   a   d e d i c a t e d   p r e - s i z i n g   a p p r o a c h   c a r r i e d   o u t   i n   t h r e e   l e v e l s   w a s   d e v e l o p e d   [ 1 2 ] .   T h e   f i r s t   l e v e l   h e l p s   t h e   d e s i g n e r   t o   s e l e c t   e a s i l y   a n   a r c h i t e c t u r e   a n d   a p p r o p r i a t e   c o m p o n e n t   t e c h n o l o g i e s   f r o m   s p e c i f i c a t i o n s .   M o r e o v e r ,   i t   a l l o w s   e s t i m a t i n g   a   m a j o r   c r i t e r i o n   ( v o l u m e   i n   o u r   c a s e )   a c c o r d i n g   t o   t h e   s e l e c t e d   t e c h n o l o g i e s .   T h e   a r c h i t e c t u r e   c h o i c e   i s   d e t e r m i n e d   b y   a n   a u t o m a t e d   p r o c e d u r e   a c c o r d i n g   t o   s p e c i f i c a t i o n s .   A t   t h e   e n d   o f   t h i s   f i r s t   l e v e l ,   t h e   d e s i g n e r   c a n   c a r r y   o u t   a   q u i c k   a n a l y s i s   a b o u t   t h e   f e a s i b i l i t y   o f   t h e   a p p l i c a t i o n ,   r e f i n e   t h e   p r o p o s e d   c h o i c e s   o r   m o d i f y   s p e c i f i c a t i o n s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I J P E D S   V o l .   2 ,   N o .   3 ,   S e p t e m b e r   2 0 1 2   :     2 5 7     2 6 6   2 5 8 I n   t h e   s e c o n d   l e v e l ,   a   m o n o - o b j e c t i v e   o p t i m i z a t i o n   u n d e r   m u l t i - p h y s i c   c o n s t r a i n t s   i s   c a r r i e d   o u t   b y   c o n s i d e r i n g   t h e   a r c h i t e c t u r e   a n d   t h e   c o m p o n e n t   t e c h n o l o g i e s   s e l e c t e d   i n   t h e   f i r s t   l e v e l .   A t   t h e   e n d   o f   t h i s   l e v e l ,   o p t i m i z e d   p a r a m e t e r s   a l l o w i n g   m i n i m i z i n g   t h e   o b j e c t i v e   f u n c t i o n   a n d   r e s p e c t i n g   t h e   i m p o s e d   c o n s t r a i n t s   a r e   d e t e r m i n e d .   T h e   t h i r d   l e v e l   c o n s i s t s   o n   o p t i m i z i n g   t h e   s p a c e   p l a c e m e n t   o f   t h e   s e l e c t e d   p o w e r   c o m p o n e n t s   o n   a   h e a t   s i n k   i n   o r d e r   t o   r e m o v e   t h e   r i s k   o n   t h e   3 D   i n t e g r a t i o n   o f   t h e s e   c o m p o n e n t s   u n d e r   t h e r m a l   c o n s t r a i n t   ( s e m i c o n d u c t o r s   j u n c t i o n   t e m p e r a t u r e ) .   T h i s   s t e p   i s   b a s e d   o n   a   c o u p l i n g   b e t w e e n   a n   o p t i m i z a t i o n   e n v i r o n m e n t   ( M a t l a b / S i m u l i n k T M )   a n d   a   f i n i t e   e l e m e n t   s i m u l a t i o n   e n v i r o n m e n t   ( C o m s o l T M   m u l t i - p h y s i c s ) .   A t   t h e   e n d   o f   t h i s   l e v e l   t h e   o p t i m i z e d   p l a c e m e n t   o f   t h e   c o n v e r t e r   c o m p o n e n t s   i s   d e t e r m i n e d   a n d   t h e   h e a t   s i n k   v o l u m e   a n d   t h e   s e m i c o n d u c t o r s   j u n c t i o n   t e m p e r a t u r e s   a r e   d e t e r m i n e d   w i t h   h i g h   a c c u r a c y .   I n   t h i s   c u r r e n t   p a p e r   w e   p r o p o s e   t o   f o c u s   o n   t h e   s e c o n d   l e v e l   t o   i m p r o v e   t h e   o p t i m i z a t i o n   p r o c e d u r e   a n d   t o   e x p l o r e   t h e   i n f l u e n c e   o f   t h e   c o n t r o l   a s p e c t   o n   a   c o n v e n t i o n a l   d e s i g n .   I n   t h i s   c o n t e x t ,   a   m u l t i - o b j e c t i v e   o p t i m i z a t i o n   a p p r o a c h   i s   p r o p o s e d   c o n s i d e r i n g   t h e   c o n t r o l   c o n s t r a i n t   w i t h   t h e   s a m e   i m p o r t a n c e   a s   h a b i t u a l   d e s i g n   a s p e c t s   ( v o l u m e ,   t h e r m a l ,   e f f i c i e n c y ,   E M C ) .   P r e s e l e c t e d   c o n v e r t e r   a r c h i t e c t u r e   a n d   c o n s i d e r e d   s p e c i f i c a t i o n s   a r e   f i r s t   p r e s e n t e d .   T h e n ,   a n a l y t i c a l   m o d e l s   a r e   d e v e l o p e d   t o   t a k e   i n t o   a c c o u n t   e l e c t r i c a l ,   e f f i c i e n c y ,   t h e r m a l ,   E M C ,   c o n t r o l   a n d   v o l u m e   c o n s t r a i n t s .   F i n a l l y ,   t h e   m a i n   r e s u l t s   o f   t h e   p r o p o s e d   a p p r o a c h   a r e   p r e s e n t e d   a n d   t h e   i m p a c t   o f   t h e   c o n t r o l   a s p e c t   i s   d i s c u s s e d .       2 .   R E S E A R C H   M E T H O D   T o   i l l u s t r a t e   t h e   p r o p o s e d   a p p r o a c h ,   a   D C - D C   b u c k   c o n v e r t e r   w i t h   i n p u t   f i l t e r   i s   p r e s e l e c t e d   a s   a   s u p p o r t   o f   s t u d y   ( F i g u r e   1 ) .       e U   f L   R   l o a d V   o i   C   C v   C i   L v   D v   D i   S v   D   S   e i   L i   L   f C   f C i   f L v   C f v       F i g u r e   1 .   D C - D C   B u c k   c o n v e r t e r   w i t h   a n   E M C   i n p u t   f i l t e r       T h e   m a i n   c o n s i d e r e d   s p e c i f i c a t i o n s   a r e   t h e   f o l l o w i n g :     -   D C   i n p u t   n e t w o r k   v o l t a g e :   4 2 V   -   D C   o u t p u t   n e t w o r k   v o l t a g e :   1 4 V   -   O u t p u t   p o w e r :   1 k W   -   T h e r m a l   c o n s t r a i n t :   j u n c t i o n   t e m p e r a t u r e     1 3 0 o C   -   O v e r a l l   t e m p e r a t u r e   3 0 o C   -   E f f i c i e n c y   c o n s t r a i n t :     8 0 %   -   R e s p e c t   a n   E M C   s t a n d a r d     -   E l e c t r i c a l   c o n s t r a i n t s   :   i n p u t   a n d   o u t p u t   v o l t a g e   a n d   c u r r e n t   r i p p l e s     1 0 %   o f   t h e   a v e r a g e   v a l u e s   -   O b j e c t i v e s   t o   b e   m i n i m i z e d :   t h e   t o t a l   v o l u m e   a n d   t h e   c o n v e r t e r   t i m e   r e s p o n s e     I n   t h i s   d e s i g n   a p p r o a c h ,   a   m u l t i - o b j e c t i v e   o p t i m i z a t i o n   ( v o l u m e   a n d   t i m e   r e s p o n s e )   u n d e r   e l e c t r i c a l ,   t h e r m a l ,   e f f i c i e n c y   a n d   E M C   c o n s t r a i n t s   i s   c a r r i e d   o u t .   I n   o r d e r   t o   p e r f o r m   t h i s   o p t i m i z a t i o n ,   m u l t i - p h y s i c   m o d e l s   a r e   d e v e l o p e d   t o   c o n s i d e r   m u l t i - p h y s i c   c o n s t r a i n t s .   A n a l y t i c a l   m o d e l i n g   i s   a d o p t e d   t o   c a r r y   o u t   c o m p r o m i s e   b e t w e e n   t h e   c o m p u t i n g   t i m e   a n d   t h e   m o d e l s   a c c u r a c y   [ 1 3 ] ,   [ 1 4 ] .     2 . 1 .   E l e c t r i c a l   c o n s t r a i n t s   m o d e l s   C o n s i d e r e d   e l e c t r i c a l   c o n s t r a i n t s   a r e   i n p u t   a n d   o u t p u t   c a p a c i t o r s   v o l t a g e   r i p p l e s   a n d   i n p u t   a n d   o u t p u t   i n d u c t o r s   c u r r e n t   r i p p l e s .   T h e   c a l c u l a t i o n   o f   t h e s e   r i p p l e s   d e p e n d s   o n   t h e   c o n v e r t e r   a r c h i t e c t u r e .   I n   t h e   c a s e   o f   a   D C - D C   b u c k   c o n v e r t e r   ( F i g u r e   1 )   t h e y   c a n   b e   c a l c u l a t e d   a s   f o l l o w s   [ 1 2 ] :     O u t p u t   ( V C )   a n d   i n p u t   ( V Cf )   c a p a c i t o r s   v o l t a g e   r i p p l e s :     V = ( 1   ) 8     ( 1 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J P E D S     I S S N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4       I m p a c t   o f   c o n t r o l   c o n s t r a i n t   o n   a   m u l t i - o b j e c t i v e   b u c k   c o n v e r t e r   d e s i g n   ( C h e r i f   L a r o u c i )   2 5 9 = 1     ( 2 )         O u t p u t   ( I L )   a n d   i n p u t   ( I L f )   i n d u c t o r s   c u r r e n t   r i p p l e s   :   I = α 1   α U L F     ( 3 )   I = I α 1   α 8 L   C F   ( 4 )     W h e r e :   U e   :   t h e   i n p u t   v o l t a g e .   I o   :   t h e   m e a n   v a l u e   o f   t h e   o u t p u t   c u r r e n t .     α   :   t h e   d u t y   c y c l e .   F s   :   t h e   s w i t c h i n g   f r e q u e n c y .   L   a n d   C :   t h e   b u c k   i n d u c t a n c e   a n d   c a p a c i t a n c e .   L f   a n d   C f   :   t h e   i n d u c t a n c e   a n d   t h e   c a p a c i t a n c e   o f   t h e   i n p u t   f i l t e r .     2 . 2 .   E f f i c i e n c y   c o n s t r a i n t   m o d e l s   T h e   e f f i c i e n c y   m o d e l   ( 5 )   c o n s i d e r s   t h e   c o n v e r t e r   o u t p u t   p o w e r   ( P o )   a n d   t h e   t o t a l   l o s s e s   d i s s i p a t e d   i n   p a s s i v e   a n d   a c t i v e   c o m p o n e n t s   ( s u m   o f   c a p a c i t o r ,   i n d u c t o r   a n d   s e m i - c o n d u c t o r   l o s s e s ) .     e f i c i e n c y =   P P + Lo s s e s   ( 5 )     C a p a c i t o r   l o s s e s :   T h e   l o s s e s   ( P c )   i n   a   c a p a c i t o r   c a n   be   c a l c u l a t e d   u s i n g   t h e   f o l l o w i n g   s i m p l i f i e d   m o d e l :       P = R I      ( 6 )     W h e r e   R c   i s   t h e   e qu i va l e n t   s e r i e s   r e s i s t a n c e   a n d   I c rm s   t h e   c a p a c i t o r   R MS   c u r r e n t .     I n d u c t o r   l o s s e s :   T h e   l o s s e s   i n   a n   i n d u c t o r   a r e   d u e   t o   c o p p e r   a n d   c o r e   l o s s e s .   T h e   c o r e   l o s s e s   e va l u a t i o n   i s   ba s e d   o n   a   g e n e r a l i z e d   S t e i n m e t z   c o r e   l o s s   m o d e l   ( 7 )   [1 4 ].     =       ( 7 )     P c o r e   t h e   c o r e   l o s s e s   F s   t h e   o p e r a t i n g   s w i t c h i n g   f r e q u e n c y .     B   t h e   o p e r a t i n g   f l u x   d e n s i t y .     C m ,   x   a n d   y   a r e   c o e f f i c i e n t s   d e p e n d i n g   o n   t h e   m a g n e t i c   c i r c u i t   m a t e r i a l   t e c h n o l o g y ,   t h e   o p e r a t i n g   f r e q u e n c y   r a n g e   a n d   t h e   o p e r a t i n g   t e m p e r a t u r e .   T h e s e   c o e f f i c i e n t s   a r e   i d e n t i f i e d   f r o m   m a n u f a c t u r e r s   d a t a   s h e e t s   a t   t h e   o p e r a t i n g   t e m p e r a t u r e   1 0 0 o C .   M o r e o v e r ,   t o   e v a l u a t e   t h e   c o p p e r   l o s s e s   t h e   f o l l o w i n g   m o d e l   i s   u s e d   ( 8 ) :     =   ( 8 )     R L   a n d   I L r m s   a r e   t h e   i n d u c t o r   r e s i s t a n c e   a n d   R M S   c u r r e n t .   N o t e   t h a t   t h i s   m o d e l   t a k e s   i n t o   a c c o u n t   t h e   s k i n   e f f e c t   b y   c o n s i d e r i n g   a n   a c   R L   r e s i s t a n c e   [ 1 5 ] .     S e m i - c o n d u c t o r   l o s s e s :   C o n d u c t i o n   a n d   s w i t c h i n g   l o s s e s   i n   a   M O S F E T   a n d   i n   a   S c h o t t k y   d i o d e   a r e   c a l c u l a t e d   c o n s i d e r i n g   p e r f e c t   c u r r e n t   a n d   v o l t a g e   w i v e f o r m e s   a s   f o l l o w s :         M O S F E T   :   =   ( 9 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I J P E D S   V o l .   2 ,   N o .   3 ,   S e p t e m b e r   2 0 1 2   :     2 5 7     2 6 6   2 6 0   ! " = 1 2 +   ( 1 0 )     R s o n   i s   t h e   s w i t c h   d y n a m i c   r e s i s t a n c e   i n   t h e   c o n d u c t i o n   s t a t e   w h i c h   d e p e n d s   o n   i t s   j u n c t i o n   t e m p e r a t u r e .   I s r m s ,   I s m a x   a n d   V s m a x   a r e ,   r e s p e c t i v e l y ,   t h e   R M S   c u r r e n t ,   t h e   m a x i m u m   c u r r e n t   a n d   t h e   m a x i m u m   v o l t a g e   a p p l i e d   t o   t h e   s w i t c h .   T o n   a n d   T o f f   a r e   t h e   s w i t c h i n g   t i m e s .         D i o d e :   = +   ( 1 1 )     R d o n   i s   t h e   d i o d e   d y n a m i c   r e s i s t a n c e .   V d   i s   t h e   d i o d e   v o l t a g e   d r o p   w h i c h   d e p e n d s   o n   t h e   d i o d e   j u n c t i o n   t e m p e r a t u r e .   I d r m s   a n d   I d m   a r e   t h e   R M S   a n d   t h e   m e a n   d i o d e   c u r r e n t s .   N o t e   t h a t   t h e   s w i t c h i n g   l o s s e s   i n   t h e   S c h o t t k y   d i o d e   a r e   o b v i o u s l y   n e g l e c t e d .     2 . 3 .   T h e r m a l   c o n s t r a i n t   m o d e l s   T h e   s w i t c h   a n d   d i o d e   j u n c t i o n   t e m p e r a t u r e s   ( T j_ S   a n d   T j_ D )   c a n   b e   e s t i m a t e d   a c c o r d i n g   t o   t h e   m o d e l i n g   p r e s e n t e d   i n   F i g u r e   2   c o n s i d e r i n g   a   s i n g l e   h e a t   s i n k .   I n   t h i s   m o d e l i n g ,   t h e   s w i t c h   a n d   d i o d e   l o s s e s   ( P S   a n d   P D )   a r e   c o n s i d e r e d   a s   h e a t i n g   s o u r c e s   a n d   t h e   t h e r m a l   e x c h a n g e s   b e t w e e n   a   s e m i c o n d u c t o r   j u n c t i o n   a n d   i t s   b a s e ,   b e t w e e n   t h e   b a s e   a n d   t h e   h e a t   s i n k   a n d   b e t w e e n   t h e   h e a t   s i n k   a n d   t h e   e n v i r o n m e n t   a r e   m o d e l e d   b y   t h e r m a l   r e s i s t a n c e s   ( j u n c t i o n - b a s e :   R t h jb _ S   a n d   R t h j b _ D ,   b a s e - h e a t   s i n k :   R t h b r _ S   a n d   R t h b r _ D ,   h e a t   s i n k a i r :   R t h r a ) .         F i g u r e   2 .   E l e c t r i c a l   e q u i v a l e n t   c i r c u i t   f o r   e l e c t r o - t h e r m a l   m o d e l i n g   o f   s w i t c h ,   d i o d e   a n d   h e a t   s i n k       K n o w i n g   t h e   o v e r a l l   t e m p e r a t u r e   T a ,   t h e   s w i t c h   a n d   d i o d e   j u n c t i o n   t e m p e r a t u r e s   a r e   c a l c u l a t e d   f r o m   ( 1 2 )   a n d   ( 1 3 )   r e s p e c t i v e l y .   _ = # + $ + $   % + # % +   &   ( 1 2 )     _ = # + $ & + $ &   & + # % +   &   ( 1 3 )         2 . 4 .   E M C   c o n s t r a i n t   m o d e l   T h e   E M C   m o d e l   i s   d e v e l o p e d   s u p p o s i n g   t h a t   E M C   d i s t u r b a n c e s   c a n   b e   d e c o m p o s e d   i n t o   a   d i f f e r e n t i a l   m o d e   a n d   a   c o m m o n   m o d e   ( F i g u r e   3 ) .   F r o m   e q u i v a l e n t   d i a g r a m s   i n   e a c h   E M C   m o d e ,   E M C   d i s t u r b a n c e s   c a n   b e   a n a l y t i c a l l y   e s t i m a t e d   [ 1 4 ] ,   [ 1 6 ] .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J P E D S     I S S N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4       I m p a c t   o f   c o n t r o l   c o n s t r a i n t   o n   a   m u l t i - o b j e c t i v e   b u c k   c o n v e r t e r   d e s i g n   ( C h e r i f   L a r o u c i )   2 6 1     F i g u r e   3 .   D M   a n d   C M   E M C   d i s t u r b a n c e s       T h e   m a i n   p a r a m e t e r s   o f   t h i s   E M C   m o d e l   a r e   t h e   s w i t c h i n g   f r e q u e n c y ,   t h e   i n d u c t a n c e   a n d   t h e   c a p a c i t a n c e   o f   t h e   i n p u t   f i l t e r   a n d   t h e   m a x i m a l   v o l t a g e   a n d   c u r r e n t   i n   s e m i c o n d u c t o r s .   T h e   a i m   o f   t h e   d e s i g n   p r o c e s s   i s   t o   d e t e r m i n e   t h e   o p t i m i z a t i o n   p a r a m e t e r s   v a l u e s   a l l o w i n g   r e s p e c t i n g   t h e   c o n s i d e r e d   c o n s t r a i n t s   i n c l u d i n g   t h e   E M C   o n e .     2 . 5 .   C o n t r o l   c o n s t r a i n t   m o d e l   T h e   c o n s i d e r e d   c o n t r o l   c o n s t r a i n t   i s   t h e   c o n v e r t e r   s t a b i l i t y .   T h i s   c o n s t r a i n t   d e p e n d s   o n   t h e   c o n v e r t e r   a r c h i t e c t u r e   a n d   t h e   a d o p t e d   c o n t r o l   l a w .   I n   t h e   c a s e   o f   a   b u c k   c o n v e r t e r   ( F i g u r e   1 )   w i t h   a n   o u t p u t   v o l t a g e   r e g u l a t i o n   u s i n g   a   P I   c o n t r o l l e r ,   a   l i n e a r   o p e n   l o o p   t r a n s f e r   f u n c t i o n   a r o u n d   t h e   o p e r a t i n g   p o i n t   ( α o , V c o )   c a n   b e   d e d u c e d   ( 1 4 ) .   ' = = + ( + + ) ) + * *   ( 1 4 )       W h e r e :     α :   t h e   d u t y   c y c l e ,   V c :   t h e   o u t p u t   c a p a c i t o r   v o l t a g e   ( e q u a l s   t o   t h e   l o a d   v o l t a g e ) ,     s :   t h e   L a p l a c e   t r a n s f o r m   v a r i a b l e ,   a o ,   b o ,   b 1 ,   b 2 ,   b 3 ,   b 4 :   c o e f f i c i e n t s   d e p e n d i n g   o n   t h e   c o n v e r t e r   p a r a m e t e r s :   = $ #   = 1   ( = +   = + +   ) = 1   ( =   1     B e c a u s e   t h e   p r e s e n c e   o f   a n   E M C   i n p u t   f i l t e r ,   t h e   s t a b i l i t y   i s   i n s u r e d   b y   c o n s t r a i n i n g   b o t h   t h e   p h a s e   m a r g i n   t o   b e   g r e a t e r   t h a n   o r   e q u a l s   4 5 o   a n d   t h e   r e a l   p a r t   o f   t h e   c l o s e d   l o o p   p o l e s   t o   b e   s t r i c t l y   n e g a t i v e .     2 . 6 .   M u l t i - o b j e c t i v e   f u n c t i o n   m o d e l   I n   o u r   c a s e ,   t w o   o b j e c t i v e   f u n c t i o n s   w i l l   b e   m i n i m i z e d   t o g e t h e r   u s i n g   P a r e t o   f r o n t   t e c h n i q u e   [ 1 7 ] ,   [ 1 8 ] .   T h e   f i r s t   o n e   i s   t h e   t o t a l   v o l u m e   ( s u m   o f   p a s s i v e   a n d   a c t i v e   c o m p o n e n t s   v o l u m e s )   a n d   t h e   s e c o n d   o n e   i s   t h e   c o n v e r t e r   t i m e   r e s p o n s e   ( 1 5 ) :     O b j e c t i v e =   m i n ( v o l u m e ,   t i m e   r e s p o n s e )   ( 1 5 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I J P E D S   V o l .   2 ,   N o .   3 ,   S e p t e m b e r   2 0 1 2   :     2 5 7     2 6 6   2 6 2 K n o w i n g   t h e   c o n t r o l l e d   c o n v e r t e r   t r a n s f e r   f u n c t i o n ,   t h e   c o n v e r t e r   t i m e   r e s p o n s e   i s   c a l c u l a t e d   f o r   e a c h   o p t i m i z a t i o n   p o i n t   f r o m   t h e   c o n v e r t e r   s t e p   r e s p o n s e .       T h e   v o l u m e   m o d e l s   o f   p a s s i v e   c o m p o n e n t s   ( i n d u c t o r s   a n d   c a p a c i t o r s )   a n d   a c t i v e   c o m p o n e n t s   ( h e a t   s i n k )   a r e   d e t a i l e d   b e l l o w .     C a p a c i t o r   v o l u m e :   A t   a   s p e c i f i c   m a x i m a l   v o l t a g e ,   t h e   v o l u m e   o f   a   c a p a c i t o r   i s   g i v e n   f o r   t h e   c o n s i d e r e d   t e c h n o l o g i e s   ( f i l m ,   t a n t a l u m   a n d   e l e c t r o l y t i c   a l u m i n u m )   a s   a   f u n c t i o n   o f   t h e   c a p a c i t a n c e   ( 1 6 )   a n d   b y   t a k e n   i n t o   a c c o u n t   t h e   a d m i s s i b l e   R M S   c u r r e n t   i n   t h e   c a p a c i t o r   ( 1 7 ) .     =   ( ) +   +   ) +   *   ( 1 6 )   =       + ,   ( 1 7 )     T h e   c o e f f i c i e n t s   k i   ( i   =   1   t o   6 )   d e p e n d   o n   t h e   c a p a c i t o r   t e c h n o l o g y   a n d   t h e   u s e f u l   v o l t a g e   a p p l i e d   t o   t h e   c a p a c i t o r .   T h e y   a r e   i d e n t i f i e d   f r o m   a   c a p a c i t o r   d a t a b a s e   f o r   l o w   v o l t a g e   a u t o m o t i v e   a p p l i c a t i o n s   ( l e s s   o r   e q u a l   t o   1 0 0 V ) .   N o t e   t h a t   e q u a t i o n   1 6   r e p r e s e n t s   t h e   v o l u m e   o f   a n   e l e m e n t a r y   c a p a c i t o r .   I f   p a r a l l e l   c o n n e c t i o n s   a r e   n e e d e d ,   t h e   w h o l e   c o r r e s p o n d i n g   v o l u m e   i s   d e d u c e d   b y   m u l t i p l y i n g   t h e   e l e m e n t a r y   v o l u m e   b y   t h e   n u m b e r   o f   c o n n e c t i o n s .     I n d u c t o r   v o l u m e :   F o r   t h e   i n d u c t o r ,   f o u r   t e c h n o l o g i e s   a r e   c o n s i d e r e d   ( F e r r i t e ,   I r o n   p o w d e r ,   M P P   a n d   H i g h   F l u x ) .   T h e   v o l u m e   ( V o l L )   o f   a n   i n d u c t o r   ( L )   c a n   b e   e s t i m a t e d   u s i n g   t h e   f o l l o w i n g   m o d e l   [ 1 4 ] :     = ! - " ! . #  # # $ ) *   ( 1 8 )     W h e r e :   I L m a x   a n d   I L r m s :   m a x   a n d   R M S   i n d u c t o r   c u r r e n t   d e p e n d i n g   o n   t h e   c o n v e r t e r   p a r a m e t e r s   i n c l u d i n g   t h e   s w i t c h i n g   f r e q u e n c y .   B m a x   a n d   J :   p e a k   f l u x   d e n s i t y   a n d   c u r r e n t   d e n s i t y .   K V   :   g e o m e t r i c a l   c o e f f i c i e n t   w h i c h   c h a r a c t e r i z e s   t h e   s h a p e   o f   t h e   m a g n e t i c   c i r c u i t .   K B   :   w i n d i n g   c o e f f i c i e n t   w h i c h   i s   t h e   r a t i o   o f   t h e   w i n d i n g   a n d   t h e   c o p p e r   a r e a s .     A c t i v e   c o m p o n e n t   v o l u m e :     T h e   a c t i v e   c o m p o n e n t s   v o l u m e   i s   c o n s i d e r e d   a s   t h e   v o l u m e   o f   t h e   a s s o c i a t e d   h e a t   s i n k .   T h i s   h e a t   s i n k   v o l u m e   ( V o l h s )   c a n   b e   e s t i m a t e d   b y   t h e   f o l l o w i n g   m o d e l :       ! = ! ( ! / %   ( 1 9 )     W h e r e :   K 1   a n d   K 2   c o e f f i c i e n t s   d e p e n d i n g   o n   t h e   h e a t   s i n k   s h a p e .     h   a n d   e   t h e   h e i g h t   a n d   t h e   t h i c k n e s s   o f   t h e   h e a t   s i n k   r e s p e c t i v e l y .     R t h h s   t h e   t h e r m a l   r e s i s t a n c e   o f   t h e   h e a t   s i n k .     T h e s e   p a r a m e t e r s   a r e   i d e n t i f i e d   f r o m   m a n u f a c t u r e r s   d a t a s h e e t s .       3 .   R E S U L T S   A N D   A N A L Y S I S   R e m e m b e r   t h a t   t h e   a i m   i s   t o   o p t i m i z e   b o t h   t h e   v o l u m e   a n d   t h e   c o n v e r t e r   t i m e   r e s p o n s e   b y   r e s p e c t i n g   e l e c t r i c a l ,   e f f i c i e n c y ,   t h e r m a l ,   E M C   a n d   s t a b i l i t y   c o n s t r a i n t s .   T h e s e   c o n s t r a i n t s   h a v e   b e e n   i n t r o d u c e d   p r o g r e s s i v e l y .     F i g u r e   4   s h o w s   t h e   o b t a i n e d   P a r e t o   o p t i m i z a t i o n   r e s u l t s   ( b e t w e e n   v o l u m e   a n d   t i m e   r e s p o n s e )   u n d e r   t h e   f o l l o w i n g   c o n d i t i o n s :     1 s t   c a s e :   o n l y   s t a b i l i t y ,   e l e c t r i c a l   a n d   e f f i c i e n c y   c o n s t r a i n t s   a r e   c o n s i d e r e d ,     2 n d   c a s e :   1 s t   c a s e   p l u s   t h e r m a l   c o n s t r a i n t ,     3 r d   c a s e :   2 n d   c a s e   p l u s   E M C   c o n s t r a i n t   ( a l l   c o n s t r a i n t s   a r e   c o n s i d e r e d ) .   N o t e   t h a t   t h e   o p t i m i z a t i o n   h a s   b e e n   c a r r i e d   o u t   u s i n g   M a t l a b   g e n e t i c   a l g o r i t h m   [ 1 7 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J P E D S     I S S N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4       I m p a c t   o f   c o n t r o l   c o n s t r a i n t   o n   a   m u l t i - o b j e c t i v e   b u c k   c o n v e r t e r   d e s i g n   ( C h e r i f   L a r o u c i )   2 6 3       A c c o r d i n g   t o   t h i s   F i g u r e ,   t h e   t i m e   r e s p o n s e   r e d u c t i o n   l e a d s   t o   a n   i n c r e a s e d   c o n v e r t e r   v o l u m e   a n d   c o n v e r s e l y .   M o r e o v e r ,   t h e   p r o g r e s s i v e   i n t e g r a t i o n   o f   c o n s t r a i n t s   y i e l d s   t i m e   r e s p o n s e   a n d   v o l u m e   p e r f o r m a n c e s   d e g r a d a t i o n   w h i c h   r e s u l t s   i n   a   P a r e t o   c u r v e s   t r a n s l a t i o n s .   I n   a d d i t i o n ,   f o r   h i g h   t i m e   r e s p o n s e   v a l u e s ,   t h e   v o l u m e   o b t a i n e d   i n   t h e   t h i r d   c a s e   t e n d s   t o w a r d   t h e   v o l u m e   o f   t h e   s e c o n d   c a s e .   I t   m e a n s   t h a t   t h e   t i m e   r e s p o n s e   i s   a d j u s t e d   i n   t h i s   r a n g e   w i t h   t h e   c o n t r o l l e r   p a r a m e t e r s   w h i c h   d o e s n t   a f f e c t   t h e   c o n v e r t e r   v o l u m e .   H o w e v e r ,   f o r   l o w   t i m e   r e s p o n s e   v a l u e s ,   t h e   t i m e   r e s p o n s e   i s   a d j u s t e d   b y   b o t h   t h e   c o n t r o l l e r   a n d   t h e   c o n v e r t e r   p a r a m e t e r s   w h i c h   i n c r e a s e   t h e   t o t a l   c o n v e r t e r   v o l u m e .   F i g u r e   5   s h o w s   t h e   c o r r e s p o n d i n g   o p t i m a l   s w i t c h i n g   f r e q u e n c y   r a n g e   v a r i a t i o n s   a c c o r d i n g   t o   t h e   p r e v i o u s   c a s e s .         F i g u r e   4 .   P a r e t o   o p t i m i z a t i o n   r e s u l t s   b e t w e e n   v o l u m e   a n d   t i m e   r e s p o n s e         F i g u r e   5 .   O p t i m a l   s w i t c h i n g   f r e q u e n c y   r a n g e   v a r i a t i o n s   a c c o r d i n g   t o   t h e   i m p o s e d   c o n s t r a i n t s       A s   e x p e c t e d ,   t h e   c o r r e s p o n d i n g   o p t i m a l   s w i t c h i n g   f r e q u e n c y   r a n g e   s o l u t i o n   d e c r e a s e s   b y   i n t e g r a t i n g   m o r e   c o n s t r a i n t s .   T h e   o b t a i n e d   c h a r a c t e r i s t i c s   ( F i g u r e s   4   a n d   5 )   s h o w   t h e   d i r e c t   i m p a c t   o f   t h e   c o n t r o l   a s p e c t   o n   t h e   c o n v e r t e r   d e s i g n .   T h e y   a l l o w   t h e   d e s i g n e r   t o   c h o o s e   a n   o p e r a t i n g   p o i n t   d e p e n d i n g   o n   t h e   d e s i r e d   p e r f o r m a n c e s   i n   t e r m s   o f   v o l u m e   a n d   t i m e   r e s p o n s e .   N o t e   t h a t   i f   t i m e   r e s p o n s e   p e r f o r m a n c e   i s   m o r e   i m p o r t a n t   t h a n   v o l u m e   c o n s t r a i n t ,   t h e   d e s i g n e r   w i l l   c h o o s e   l e f t   s i d e   s o l u t i o n s   r e g a r d i n g   p o i n t   P 3   o n   F i g u r e   4 .   O t h e r w i s e ,   h e   w i l l   c h o o s e   r i g h t   s i d e   s o l u t i o n s .   T a b l e   1   g i v e s   t h e   m a i n   o p t i m i z a t i o n   r e s u l t s   a l l o w i n g   t o   c a r r y o u t   c o m p r o m i s e   b e t w e e n   t h e   v o l u m e   a n d   t h e   t i m e   r e s p o n s e   ( p o i n t   P 3   o n   F i g u r e   4   c h a r a c t e r i z e d   b y   a   v o l u m e   o f   0 . 7 3   l i t e r   a n d   a   t i m e   r e s p o n s e   o f   2 . 5   m s ) .     T a b l e   1 .   M a i n   o p t i m i z a t i o n   r e s u l t s   I n p u t   f i l t e r   i n d u c t a n c e   L f   ( µ H )     7 3 . 6   I n p u t   f i l t e r   c a p a c i t a n c e   C f   ( µ F )   2 9 6   O u t p u t   i n d u c t a n c e   L   ( µ H )   8 9   O u t p u t   c a p a c i t a n c e   C   ( µ F )     1 9 0   S w i t c h i n g   f r e q u e n c y   F s ( k H z )   2 2   H e a t   s i n k   t h e r m a l   r e s i s t a n c e   ( ° C / W )   1 . 2 4   P r o p o r t i o n a l   c o e f f i c i e n t   o f   t h e   P I   c o n t r o l l e r   1 . 1 7   1 0 - 4   I n t e g r a l   t i m e   c o n s t a n t   o f   t h e   P I   c o n t r o l l e r   ( µ s )   5 . 9 2   E f f i c i e n c y   ( % )   8 0   S w i t c h   j u n c t i o n   t e m p e r a t u r e   T j _ S   ( ° C )   1 3 0   D i o d e   j u n c t i o n   t e m p e r a t u r e   T j _ D   ( ° C )   1 3 0   M a x i m a l   v o l t a g e   r i p p l e   ( % )   5 . 6 8   M a x i m a l   c u r r e n t   r i p p l e   ( % )   6 . 5 4       N o t e   t h a t   t o   c a r r y   o u t   c o m p r o m i s e   b e t w e e n   v o l u m e ,   e f f i c i e n c y   a n d   t h e r m a l   c o n s t r a i n t s ,   t h e   o b t a i n e d   o p t i m a l   f r e q u e n c y   i s   2 2   k H z .   I n   f a c t ,   h i g h e r   f r e q u e n c i e s   i n d u c e   i m p o r t a n t   s e m i c o n d u c t o r s   l o s s e s   w h i c h   m a k e   i t   i m p o s s i b l e   t o   r e s p e c t   t h e   t h e r m a l   a n d   e f f i c i e n c y   c o n s t r a i n t s .   0 , 0 0 0 , 2 0 0 , 4 0 0 , 6 0 0 , 8 0 1 , 0 0 1 , 2 0 0 1 2 3 4 5 6 7 V o l u m e   [ l i t e r ] T i m e   r e s p o n s e   ( m s )   F i r s t   c a s e S e c o n d c a s e T h i r d   c a s e P 3 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0 1 1 0 f i r s t   c a s e s e c o n d   c a s e t h i r d   c a s e   S w i t c h i n g   f r e q u e n c y   [ k H z ] Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I J P E D S   V o l .   2 ,   N o .   3 ,   S e p t e m b e r   2 0 1 2   :     2 5 7     2 6 6   2 6 4 F i g u r e   6   s h o w s   t h e   c o r r e s p o n d i n g   o p t i m i z e d   E M C   s p e c t r u m   c o m p a r e d   t o   t h e   c o n s i d e r e d   s t a n d a r d .         F i g u r e   6 .   E M C   s p e c t r u m       W e   c a n   d e d u c e   t h a t   a l l   c o n s t r a i n t s   a r e   r e s p e c t e d .   N o t e   t h a t   t h e   e l e c t r i c a l   c o n s t r a i n t   i s   l a r g e l y   r e s p e c t e d   ( m a x i m a l   r i p p l e   6 . 5 4 %   c o m p a r e d   t o   1 0 % )   w h i c h   m e a n s   t h a t   t h i s   c o n s t r a i n t   i s   l e s s   i m p o r t a n t   t h a n   t h e   o t h e r s   c o n s t r a i n t s   e s p e c i a l l y   t h e   E M C   a n d   t h e r m a l   o n e s .       4 .   C O N C L U S I O N   A   m u l t i - o b j e c t i v e   d e s i g n   a p p r o a c h   o f   D C - D C   b u c k   c o n v e r t e r   w a s   p r e s e n t e d   i n   t h i s   p a p e r .   I t   a l l o w e d   m i n i m i z i n g   t h e   t o t a l   v o l u m e   a n d   t h e   c o n v e r t e r   t i m e   r e s p o n s e   u n d e r   c o n t r o l ,   e l e c t r i c a l ,   t h e r m a l ,   e f f i c i e n c y   a n d   E M C   c o n s t r a i n t s .   I t   h a s   b e e n   s h o w n   t h a t   t h e   c o n v e r t e r   c o n t r o l   a s p e c t   h a s   a   d i r e c t   i m p a c t   o n   t h e   c o n v e r t e r   d e s i g n   a n d   s h o u l d   b e   c o n s i d e r e d   w i t h   t h e   s a m e   i m p o r t a n c e   a s   t h e   c o n v e n t i o n a l   c o n s t r a i n t s   ( v o l u m e ,   t h e r m a l ,   e f f i c i e n c y ,   E M C )   e s p e c i a l l y   i f   g o o d   d y n a m i c   p e r f o r m a n c e s   a r e   d e s i r e d .     I n   f u t u r e   w o r k ,   t h i s   c o n t r o l   a s p e c t   w i l l   b e   c o n s i d e r e d   i n   p r e s e n c e   o f   s o m e   c o n v e r t e r   d e f a u l t s   ( l o s s   o f   v o l t a g e   s e n s o r   i n f o r m a t i o n s   f o r   e x a m p l e ) .   T h e   a i m   w i l l   b e   t h e   i n t e g r a t i o n   i n   t h e   o p t i m i z a t i o n   a p p r o a c h   o f   f a u l t   t o l e r a n t   c o n t r o l   a r c h i t e c t u r e   t o   i n s u r e   u n i n t e r r u p t e d   o p e r a t i o n .       R E F E R E N C E S   [ 1 ]   J . S . G l a s e r   a n d   J . M .   Ri v a s ,   A   5 0 0   W   p u s h - p u l l   d c - d c   p o w e r   c o n v e r t e r   w i t h   a   3 0   M H z   s w i t c h i n g   f r e q u e n c y ,   A p p l i e d   P o we r   E l e c t r o n i c s   Co n f e r e n c e   a n d   E x p o s i t i o n   I E E E   A P E C 1 0 ,   p p .   6 5 4     6 6 1 ,   2 0 1 0 .   [ 2 ]   A .   P a r a y a n d e h ,   Ch u   P a n g   a n d   A .   P r o d i c ,   D i g i t a l l y   Co n t r o l l e d   L o w - P o w e r   D C - D Co n v e r t e r   w i t h   I n s t a n t a n e o u s   O n - L i n e   E f f i c i e n c y   O p t i m i z a t i o n ,   A p p l i e d   P o we r   E l e c t r o n i c s   Co n f e r e n c e   a n d   E x p o s i t i o n   I E E E   A P E C’ 0 9 ,   1 5 - 1 9 ,   p p .   1 5 9     1 6 3 ,   2 0 0 9 .   [ 3 ]   A .   Br a t c u ,   I .   M u n t e a n u ,   S .   Ba c h a ,   D .   P i c a u l t ,   B.   Ra i s o n ,   Ca s c a d e d   D C - D Co n v e r t e r   P h o t o v o l t a i c   S y s t e m s :   P o w e r   O p t i m i z a t i o n   I s s u e s ,   I E E E   T r a n s .   o n   I n d u s t r i a l   E l e c t r o n i c s ,   V o l .   5 8 ,   N o .   2 ,   p p .   4 0 3 - 4 1 1 ,   2 0 1 1 .   [ 4 ]   I .   Ch o w d h u r y ,   M a .   D o n g s h e n g ;   D e s i g n   o f   Re c o n f i g u r a b l e   a n d   Ro b u s t   I n t e g r a t e d   S P o w e r   Co n v e r t e r   f o r   S e l f - P o w e r e d   E n e r g y - E f f i c i e n t   D e v i c e s ,   I E E E   T r a n s .   o n   I n d u s t r i a l   E l e c t r o n i c s ,   V o l .   5 6 ,   N o .   1 ,   p p .   4 0 1 8     4 0 2 8   ( 2 0 0 9 ) .   [ 5 ]   Re i t e r ,   T . ;   P o l e n o v ,   D . ;   P r o b s t l e ,   H . ;   H e r z o g ,   H . - G . ;   P W M   D e a d   T i m e   O p t i m i z a t i o n   M e t h o d   f o r   A u t o m o t i v e   M u l t i p h a s e   D C/ D C - Co n v e r t e r s ,   I E E E   T r a n s a c t i o n s   o n   P o we r   E l e c t r o n i c s ,   V o l .   2 5 ,   N o .   6 ,   p p .   1 6 0 4     1 6 1 4 ,   2 0 1 0 .   [ 6 ]   H . - L .   J o u ,   K . - D .   W u ,   J . - C .   W u ,   C. - H .   L i , 1 ,   M . - S .   H u a n g ;   H o f s a j e r ,   I . W . ;   N o v e l   p o w e r   c o n v e r t e r   t o p o l o g y   f o r   t h r e e - p h a s e   f o u r - w i r e   h y b r i d   p o w e r   f i l t e r ,   I E T   P wr .   E l e c t r ,   V o l .   1 ,   N o .   1 ,   p p .   1 6 4     1 7 3 ,   2 0 0 8 .   [ 7 ]   H .   H e l a l i ,   D . Be r g o g n e ,   J . B. H . S l a m a ,   H . M o r e l ,   P . Be v i l a c q u a ,   B. A l l a r d ,   O . Br e v e t   P o w e r   c o n v e r t e r ' s   o p t i m i s a t i o n   a n d   d e s i g n   ,   E u r o p e a n   Co n f e r e n c e   o n   P o we r   E l e c t r o n i c s   a n d   A p p l i c a t i o n s ,   2 0 0 5 .     [ 8 ]   S . Bu s q u e t s - m o n g e ,   G . S o r e m e k u n ,   E . H e f i z ,   C. Cr e b i e r ,   S . Ra g o n ,   D . Bo r o y e v i c h ,   Z . G u r d a l ,   M . A r p i l l i e r e ,   0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 4 0 0 1 6 0 0 1 8 0 0 - 4 0 - 2 0 0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 1 2 0 F r e q u e n c y   [ k H z ] D i s t u r b a n c e s   [ d B . µ V ]     O p t i m i z e d   s p e c t r u m   E M C   s t a n d a r d Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J P E D S       I m p a c t   o f   c o n t r o l   c o n s t r a i n t   o n   D . K . L i n d n e r ,   P o w e r   c o n v e r t e r   d e s i g n   o p t i m i z a t i o n ,     3 8 ,   2 0 0 4 .     [ 9 ]   C.   G e z g i n ,   B. S .   H e c k ,   R. M .   Ba s s ,   S i m u l t a n e o u s   D e s i g n   o f   P o w e r   S t a g e   a n d   Co n t r o l l e r   f o r   S w i t c h i n g   P o w e r   S u p p l i e s   I E E E   T r a n s a c t i o n s .   o n   P o we r   E l e c t r o n i c s [ 1 0 ]   S   M a n d r a y ,   J . M   G u i c h o n ,   J . L   S c h a n e n ,   M   M e r m e t ,   J . M   D i e n o t   E l e c t r o m a g n e t i c d o u b l e - s i d e d   p o w e r   m o d u l e s   [ 1 1 ]   G e r b e r ,   M . ;   F e r r e i r a ,   J . A . ;   S e l i g e r ,   N . ;   H o f s a j e r ,   I . W . ;   I n t e g r a l   3 a u t o m o t i v e   D C/ D c o n v e r t e r ,   [ 1 2 ]   K .   E j j a b r a o u i ,   C.   L a r o u c i ,   P .   L e f r a n c   a n d   C.   M a r c h a n d ,   P r e o p t i m i z a t i o n   u n d e r   m u l t i - p h y s i c   c o E l e c t r o n i c s ;   V o l . 5 9 ,   N o . 7 ,   p p .   2 7 8 1   [ 1 3 ]   K .   E j j a b r a o u i ,   C.   L a r o u c i ,   P .   L e f r a n c   a n d   C.   M a r c h a n d ,   A   n e w   p r e a p p l i c a t i o n   t o   a   B o o s t   c o n v e r t e r   f o r   t h e   a u t o m o t i v e   d o m a i n ,   2 0 0 9 .   [ 1 4 ]   C.   L a r o u c i ,   M .   Bo u k h n i f e r   a n d   A .   Ch a i b e t ,   D e s i g n   o f   P o w e r   Co n v e r t e r s   b y   O p t i m i z a t i o n   U n d e r   M u l t i Co n s t r a i n t s ;   A p p l i c a t i o n   t o   a   T w o 5 7 ,   N o .   1 1 ,   p p .   3 7 4 6 - 3 7 5 3 ,   2 0 1 0 .   [ 1 5 ]   C.   L a r o u c i ,   J . P .   K e r a d e c ,   J . P .   F e r r i e u x ,   L .   G e r b a u d ,   J .   R o u d e t ,   C o p p e r   l o s s e s   o f   F l y b a c k   t r a n s f o r m e r :   S e a r c h   f o r   a n a l y t i c a l   e x p r e s s i o n s ,   I E E E   T r a n s .   o n   M a g n e t i c s [ 1 6 ]   A . R.   Ru d d l e ,   E l e c t r o m a g n e t i c   m o d e l l i n g   f o r   E M C” ,   CE M   2 0 0 8 ,   p p .   1 7 0   [ 1 7 ]   K . D e b ,   A . P r a t a b ,   S . A g r a w a l ,   a n d   T . M e y a r i v a n ,   A   f a s t   e l i t i s t   n o n o b j e c t i v e   o p t i m i z a t i o n   :   N s g a - [ 1 8 ]   J . L e   Be s n e r a i s ,   V . L a n f r a n c h i ,   M . H e c q u e t ,   a n d   P . Br o c h e t ,   M u l t i o b j e c t i v e   o p t i m i z a t i o n   o f   i n d u c t i o n   m a c h i n e s   i n c l u d i n g   m i x e d   v a r i a b l e s   a n d   n o i s e   m i n i 2 0 0 8 .       B I O G R A P H I E S   O F   A U T H O R S         Ch e r i f   L A RO U CI   r e c e i v e d   a   P h D   i n   e l e c t r i c a l   e n g i n e e r i n g   f r o m   t h e   I n s t i t u t   N a t i o n a l   P o l y t e c h n i q u e   d e   G r e n o b l e ,   F r a n c e ,   i n   2 0 0 2 .   H e   i s   c u r r e n t l y   a   r e s e a r c h   p r o f e s s o r   w i t h   t h e   Co n t r o l   a n d   S y s t e m   l a b o r a t o r y   o f   E S T A C A   i n c l u d e   m o d e l l i n g ,   o p t i m i z a t i o n   u n d e r   c o n s t r a i n t s   a n d   d e s i g n   o f   p o w e r   e l e c t r o n i c   a p p l i c a t i o n s   f o r   a u t o m o t i v e ,   a e r o n a u t i c s ,   s p a c e   a n d   r a i l w a y   i n d u s t r i e s .             K a m a l   E j j a b r a o u i   r e c e i v e d   a   P h D   i n   E l e c t r i c a l   E n g i n e e r i n g   f r o m   " U n i v e r s i t y   P a r i s F r a n c e ,   i n   D e c e m b e r   2 0 1 0 .   T h i s   P h D   w a s   p r e p a r e d   w i t h i n   E S T A C A   e n g i n e e r i n g   s c h o o l .   H i s   r e s e a r c h   i n c l u d e   p r e a n   e n g i n e e r   w i t h   Ci t e r o ï n e           P i e r r e   L e f r a n c   r e c e i v e d   a   P h D   i n   e l e c t r i c a l   e n g i n e e r i n g   f r o m   t h e   I n s t i t u t   N a t i o n a l   d e   S c i e n c e s   A p p l i q u é e s   d e   L y o n ,   F r a n c e ,   i n   2 0 0 5 .   Cu r r e n t l y ,   h e   i s   a n   a s s i s t a n t   p r o f e s s o r   i n   t h e   E n e r g y   D e p a r t m e n t   o f   S U P E L E E 3 S   e n g i n e e r i n g   s c h o o l ,   F r a n c e .   H i s   r e s e a r c h   i n t e r e s t s   m o d e l l i n g ,   c o n t r o l   d e s i g n ,   o p t i m i z a t i o n   u n d e r   c o n s t r a i n t s ,   d e s i g n   o f   p o w e r   e l e c t r o n i c   a p p l i c a t i o n s ,   g a t e   d r i v e   s y s t e m s   f o r   h i g h   p o w e r   I G B T .       I S S N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I m p a c t   o f   c o n t r o l   c o n s t r a i n t   o n   a   m u l t i - o b j e c t i v e   b u c k   c o n v e r t e r   d e s i g n D . K . L i n d n e r ,   P o w e r   c o n v e r t e r   d e s i g n   o p t i m i z a t i o n ,   I E E E   I n d u s t r y   A p p l i c a t i o n s   M a g a z i n e S .   H e c k ,   R. M .   Ba s s ,   S i m u l t a n e o u s   D e s i g n   o f   P o w e r   S t a g e   a n d   Co n t r o l l e r   f o r   S w i t c h i n g   P o w e r   I E E E   T r a n s a c t i o n s .   o n   P o we r   E l e c t r o n i c s ,   V o l .   1 2 ,   N o .   3 ,   p p .   5 5 8 - 5 6 6 ,   1 9 9 7 .   S   M a n d r a y ,   J . M   G u i c h o n ,   J . L   S c h a n e n ,   M   M e r m e t ,   J . M   D i e n o t   E l e c t r o m a g n e t i c   c o n s i d e r a t i o n s   f o r   d e s i g n i n g   s i d e d   p o w e r   m o d u l e s   I E E E   T r a n s a c t i o n s   O n   I n d u s t r y   A p p l i c a t i o n s ,   V o l .   4 5   N o .   2 ,   p p .   8 7 1 G e r b e r ,   M . ;   F e r r e i r a ,   J . A . ;   S e l i g e r ,   N . ;   H o f s a j e r ,   I . W . ;   I n t e g r a l   3 - D   t h e r m a l ,   e l e c t r i c a l   a n d   m e c h a n i c a l   d e s i g n   o f a u t o m o t i v e   D C/ D c o n v e r t e r ,   I E E E   T r a n s a c t i o n s   o n   P o we r   E l e c t r o n i c s ,   V o l .   2 0 ,   I s s u e   3 ,   p p .   5 6 6   K .   E j j a b r a o u i ,   C.   L a r o u c i ,   P .   L e f r a n c   a n d   C.   M a r c h a n d ,   P r e - s i z i n g   m e t h o d o l o g y   o f   d c p h y s i c   c o n s t r a i n t s ;   A p p l i c a t i o n   t o   a   b u c k   c o n v e r t e r ,   I E E E   T r a n s .   o n   I n d u s t r i a l   ;   V o l . 5 9 ,   N o . 7 ,   p p .   2 7 8 1   -   2 7 9 0 ,   2 0 1 2 .   K .   E j j a b r a o u i ,   C.   L a r o u c i ,   P .   L e f r a n c   a n d   C.   M a r c h a n d ,   A   n e w   p r e - s i z i n g   a p p r o a c h   o f   d c e r t e r   f o r   t h e   a u t o m o t i v e   d o m a i n ,   I E E E   I E CO N’ 0 9 ,   P o r t o ,   P o r t u g a l ,   p p .   3 8 0 3 C.   L a r o u c i ,   M .   Bo u k h n i f e r   a n d   A .   Ch a i b e t ,   D e s i g n   o f   P o w e r   Co n v e r t e r s   b y   O p t i m i z a t i o n   U n d e r   M u l t i Co n s t r a i n t s ;   A p p l i c a t i o n   t o   a   T w o - T i m e   S c a l e s   A C/ D C - D Co n v e r t e r ,   I E E E   T r a n s .   o n   I n d u s t r i a l   E l e c t r o n i c s 3 7 5 3 ,   2 0 1 0 .     C.   L a r o u c i ,   J . P .   K e r a d e c ,   J . P .   F e r r i e u x ,   L .   G e r b a u d ,   J .   R o u d e t ,   C o p p e r   l o s s e s   o f   F l y b a c k   t r a n s f o r m e r :   S e a r c h   f o r   ,   I E E E   T r a n s .   o n   M a g n e t i c s ,   V o l .   3 9 ,   n o .   3 ,   p a r t   1 ,   p p .   1 7 4 5     1 7 4 8 ,   2 0 0 3 . A . R.   Ru d d l e ,   E l e c t r o m a g n e t i c   m o d e l l i n g   f o r   E M C” ,   CE M   2 0 0 8 ,   p p .   1 7 0     1 7 4 ,   2 0 0 8 .   K . D e b ,   A . P r a t a b ,   S . A g r a w a l ,   a n d   T . M e y a r i v a n ,   A   f a s t   e l i t i s t   n o n - d o m i n a t e d   s o r t i n g   g e n e t i c   a l g o r i t h m   f o r   m u l t i - i i ,   I E E E   T r a n s .   o n   E v o l u t i o n a r y   C o m p u t a t i o n ,   V o l . 6 ,   N o .   2 ,   p p .   1 8 2   J . L e   Be s n e r a i s ,   V . L a n f r a n c h i ,   M . H e c q u e t ,   a n d   P . Br o c h e t ,   M u l t i o b j e c t i v e   o p t i m i z a t i o n   o f   i n d u c t i o n   m a c h i n e s   i n c l u d i n g   m i x e d   v a r i a b l e s   a n d   n o i s e   m i n i m i z a t i o n ,   I E E E   T r a n s .   o n   M a g n e t i c s ,   V o l .   4 4 ,   O F   A U T H O R S   Ch e r i f   L A RO U CI   r e c e i v e d   a   P h D   i n   e l e c t r i c a l   e n g i n e e r i n g   f r o m   t h e   I n s t i t u t   N a t i o n a l   P o l y t e c h n i q u e   d e   G r e n o b l e ,   F r a n c e ,   i n   2 0 0 2 .   H e   i s   c u r r e n t l y   a   r e s e a r c h   p r o f e s s o r   w i t h   t h e   Co n t r o l   a n d   S y s t e m   l a b o r a t o r y   o f   E S T A C A   e n g i n e e r i n g   s c h o o l ,   F r a n c e .   H i s   r e s e a r c h   i n c l u d e   m o d e l l i n g ,   o p t i m i z a t i o n   u n d e r   c o n s t r a i n t s   a n d   d e s i g n   o f   p o w e r   e l e c t r o n i c   a p p l i c a t i o n s   f o r   a u t o m o t i v e ,   a e r o n a u t i c s ,   s p a c e   a n d   r a i l w a y   i n d u s t r i e s .   K a m a l   E j j a b r a o u i   r e c e i v e d   a   P h D   i n   E l e c t r i c a l   E n g i n e e r i n g   f r o m   " U n i v e r s i t y   P a r i s F r a n c e ,   i n   D e c e m b e r   2 0 1 0 .   T h i s   P h D   w a s   p r e p a r e d   w i t h i n   E S T A C A   e n g i n e e r i n g   s c h o o l .   H i s   r e s e a r c h   i n c l u d e   p r e - s i z i n g   o f   D C - D C   p o w e r   c o n v e r t e r s   f o r   a u t o m o t i v e   i n d u s t r i e .   C u r r e n t l y   h e   i s   a n   e n g i n e e r   w i t h   Ci t e r o ï n e - P e u g e o t   ( P S A ) ,   F r a n c e .   f r a n c   r e c e i v e d   a   P h D   i n   e l e c t r i c a l   e n g i n e e r i n g   f r o m   t h e   I n s t i t u t   N a t i o n a l   d e   S c i e n c e s   A p p l i q u é e s   d e   L y o n ,   F r a n c e ,   i n   2 0 0 5 .   Cu r r e n t l y ,   h e   i s   a n   a s s i s t a n t   p r o f e s s o r   i n   t h e   E n e r g y   D e p a r t m e n t   o f   S U P E L E E 3 S   e n g i n e e r i n g   s c h o o l ,   F r a n c e .   H i s   r e s e a r c h   i n t e r e s t s   m o d e l l i n g ,   c o n t r o l   d e s i g n ,   o p t i m i z a t i o n   u n d e r   c o n s t r a i n t s ,   d e s i g n   o f   p o w e r   e l e c t r o n i c   a p p l i c a t i o n s ,   g a t e   d r i v e   s y s t e m s   f o r   h i g h   p o w e r   I G B T .     b u c k   c o n v e r t e r   d e s i g n   ( C h e r i f   L a r o u c i )   2 6 5 I E E E   I n d u s t r y   A p p l i c a t i o n s   M a g a z i n e ,     V o l .   1 0 ,   N o .   1 ,   p p .   3 2   S .   H e c k ,   R. M .   Ba s s ,   S i m u l t a n e o u s   D e s i g n   o f   P o w e r   S t a g e   a n d   Co n t r o l l e r   f o r   S w i t c h i n g   P o w e r   c o n s i d e r a t i o n s   f o r   d e s i g n i n g   2 ,   p p .   8 7 1 - 8 7 9 ,   2 0 0 9 .   D   t h e r m a l ,   e l e c t r i c a l   a n d   m e c h a n i c a l   d e s i g n   o f   a n   2 0 ,   I s s u e   3 ,   p p .   5 6 6     5 7 5 ,   2 0 0 5 .   s i z i n g   m e t h o d o l o g y   o f   d c - d c   c o n v e r t e r s   u s i n g   I E E E   T r a n s .   o n   I n d u s t r i a l   s i z i n g   a p p r o a c h   o f   d c - d c   c o n v e r t e r s ,   ,   P o r t o ,   P o r t u g a l ,   p p .   3 8 0 3 - 3 8 0 8 ,   C.   L a r o u c i ,   M .   Bo u k h n i f e r   a n d   A .   Ch a i b e t ,   D e s i g n   o f   P o w e r   Co n v e r t e r s   b y   O p t i m i z a t i o n   U n d e r   M u l t i - p h y s i c   ,   I E E E   T r a n s .   o n   I n d u s t r i a l   E l e c t r o n i c s ,   V o l .   C.   L a r o u c i ,   J . P .   K e r a d e c ,   J . P .   F e r r i e u x ,   L .   G e r b a u d ,   J .   R o u d e t ,   C o p p e r   l o s s e s   o f   F l y b a c k   t r a n s f o r m e r :   S e a r c h   f o r   1 7 4 8 ,   2 0 0 3 .   d o m i n a t e d   s o r t i n g   g e n e t i c   a l g o r i t h m   f o r   m u l t i - 2 ,   p p .   1 8 2     1 9 7 ,   2 0 0 2 .   J . L e   Be s n e r a i s ,   V . L a n f r a n c h i ,   M . H e c q u e t ,   a n d   P . Br o c h e t ,   M u l t i o b j e c t i v e   o p t i m i z a t i o n   o f   i n d u c t i o n   m a c h i n e s   ,   V o l .   4 4 ,   N o .   6 ,   p p .   1 1 0 2     1 1 0 5 ,   Ch e r i f   L A RO U CI   r e c e i v e d   a   P h D   i n   e l e c t r i c a l   e n g i n e e r i n g   f r o m   t h e   I n s t i t u t   N a t i o n a l   P o l y t e c h n i q u e   d e   G r e n o b l e ,   F r a n c e ,   i n   2 0 0 2 .   H e   i s   c u r r e n t l y   a   r e s e a r c h   p r o f e s s o r   w i t h   t h e   e n g i n e e r i n g   s c h o o l ,   F r a n c e .   H i s   r e s e a r c h   i n t e r e s t s   i n c l u d e   m o d e l l i n g ,   o p t i m i z a t i o n   u n d e r   c o n s t r a i n t s   a n d   d e s i g n   o f   p o w e r   e l e c t r o n i c   a p p l i c a t i o n s   K a m a l   E j j a b r a o u i   r e c e i v e d   a   P h D   i n   E l e c t r i c a l   E n g i n e e r i n g   f r o m   " U n i v e r s i t y   P a r i s - S u d   1 1 " ,   F r a n c e ,   i n   D e c e m b e r   2 0 1 0 .   T h i s   P h D   w a s   p r e p a r e d   w i t h i n   E S T A C A   e n g i n e e r i n g   s c h o o l .   H i s   p o w e r   c o n v e r t e r s   f o r   a u t o m o t i v e   i n d u s t r i e .   C u r r e n t l y   h e   i s   f r a n c   r e c e i v e d   a   P h D   i n   e l e c t r i c a l   e n g i n e e r i n g   f r o m   t h e   I n s t i t u t   N a t i o n a l   d e   S c i e n c e s   A p p l i q u é e s   d e   L y o n ,   F r a n c e ,   i n   2 0 0 5 .   Cu r r e n t l y ,   h e   i s   a n   a s s i s t a n t   p r o f e s s o r   i n   t h e   E n e r g y   D e p a r t m e n t   o f   S U P E L E E 3 S   e n g i n e e r i n g   s c h o o l ,   F r a n c e .   H i s   r e s e a r c h   i n t e r e s t s   i n c l u d e   m o d e l l i n g ,   c o n t r o l   d e s i g n ,   o p t i m i z a t i o n   u n d e r   c o n s t r a i n t s ,   d e s i g n   o f   p o w e r   e l e c t r o n i c   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I J P E D S   V o l .   2 ,   N o .   3 ,   S e p t e m b e r   2 0 1 2   :     2 5 7     2 6 6   2 6 6   Cl a u d e   M a r c h a n d   i s   g r a d u a t e d   f r o m   t h e   E c o l e   N o r m a l e   S u p é r i e u r e   d e   Ca c h a n   a n d   h e   r e c e i v e d   t h e   p h D   d e g r e e   f r o m   U n i v e r s i t é   P a r i s   V I   i n   1 9 9 1 .   S i n c e   1 9 8 8   h e   i s   w i t h   t h e   L a b o r a t o i r e   d e   G é n i e   E l e c t r i q u e   d e   P a r i s   ( L G E P ) .   F r o m   1 9 9 4   t o   2 0 0 0 ,   h e   w a s   a s s i s t a n t   p r o f e s s o r   a t   t h e   I n s t i t u t   U n i v e r s i t a i r e   d e   T e c h n o l o g i e   o f   Ca c h a n   ( U n i v e r s i t é   P a r i s - S u d ) .   S i n c e   2 0 0 0   h e   i s   p r o f e s s o r   a t   t h e   U n i v e r s i t é   P a r i s - S u d .   H e   i s   h e a d   o f   t h e   L G E P   r e s e a r c h   d e p a r t m e n t   M o d e l l i n g   a n d   Co n t r o l   o f   E l e c t r o m a g n e t i c   S y s t e m s .   H i s   r e s e a r c h   i n t e r e s t s   a r e   i n   e d d y   c u r r e n t   n o n - d e s t r u c t i v e   t e s t i n g   a n d   i n   d e s i g n   a n d   c o n t r o l   o f   e l e c t r i c a l   a c t u a t o r s .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.