Étude de la conversion thermoélectrique indirecte : application aux amplificateurs de puissance

Résumé

La gestion thermique des composants électroniques télématiques est un souci majeur. Certains systèmes tels que les amplificateurs de puissance (AP) possèdent des pertes thermiques assez importantes qui nuisent au bon fonctionnement des circuits et pèsent sur la facture énergétique. De ce fait, assurer le refroidissement des circuits et apporter des solutions écoénergétiques est primordial. L’objectif de ce mémoire est de concevoir une structure écoresponsable permettant la récupération de la chaleur perdue des AP tout en maintenant une température de fonctionnement adéquate. Notre système tend à transformer la puissance perdue des AP en électricité en se basant sur les propriétés des matériaux piézoélectriques. Pour ce faire, nous concevons une géométrie adaptée à de faibles niveaux de puissance. Elle permet une conversion thermomécanique nécessaire pour solliciter le matériau piézoélectrique. Ensuite, nous développons un modèle analytique de la structure. Nous implémentons ce modèle sur Matlab, d’une part, pour le dimensionnement du système suite à une étude de matériaux préalable et, d’autre part, pour simuler la réponse du générateur piézoélectrique. Suite à la définition complète du récupérateur, nous réalisons une simulation multiphysique avec COMSOL Multiphysic. Cette simulation vérifie la robustesse du modèle analytique et modélise, avec plus de précision, les interactions entre les phénomènes thermiques, mécaniques et piézoélectriques. Étant donné les ressemblances des résultats des deux méthodes de simulations, nous fabriquons un prototype expérimental et nous analysons les mesures obtenues. Le générateur conçu est une structure innovante pour la récupération de la chaleur. Il permet d’utiliser un matériau piézoélectrique en mode de couplage 33 peu étudié en littérature. De plus, il est adapté pour un fonctionnement en faibles puissances. La réponse du système est prometteuse. Le rendement théorique s’élève à 4.48% pour une puissance dissipée de 3W. En outre, la structure assure également le refroidissement du circuit en maintenant un niveau de température aux alentours de 45°C. Par ailleurs, les mesures expérimentales reproduisent l’allure de la réponse simulée.

Date	20 mai 2020
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Ammar B. Kouki (Directeur(-trice))