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  1. 1. Thèse de doctorat:<br />Nouvelles fonctions interrupteur intégrées pour la conversion d’énergie<br />Christian Caramel<br />Sous la Direction de MM P.Austin et J-L. Sanchez<br />L.A.A.S (Laboratoire d’Analyse et d’Architecture des Systèmes)<br />Equipe I.S.G.E (Intégration de Systèmes de Gestion de l’Energie)<br />27 avril 2007<br />
  2. 2. 27/04/2007<br />Thèse<br />Contexte des travauxPlanIntégration et fiabilitéIntégration et performancesConclusion<br />Energie électrique au quotidien<br />Gestion de l’énergie électrique et électronique de puissance<br />MW<br />W<br />Augmentation de la population<br />mondiale ayant accès à l’E.E<br /><br />Mode de vie « à l’occidentale  »<br /><br />Pollution et épuisement<br />des réserves fossiles<br />Développement durable<br /><ul><li>Part fossile</li></ul>Part renouvelable<br />! Consommer au plus juste<br />L’énergie électrique au quotidien<br /><br />Meilleure Gestion Energie électrique<br />Meilleure gestion de l’Energie<br />électrique<br />
  3. 3. 27/04/2007<br />Thèse<br />Contexte des travauxPlanIntégration et fiabilitéIntégration et performancesConclusion<br />Energie électrique au quotidien<br />Gestion de l’énergie électrique et électronique de puissance<br />Améliorer la gestion de l’énergie électrique -les voies en électronique de puissance<br />Amélioration des circuits et algorithmes de commande<br />Amélioration des caractéristiques intrinsèques des composants<br />Réalisation de nouveaux composants<br />Nouvelles architectures de convertisseurs<br />Intégration de systèmes de puissance<br /><ul><li>Diminution du volume et du poids
  4. 4. Diminution de coût de fabrication
  5. 5. Maîtrise de la dispersion des caractéristiques
  6. 6. Multiplication des fonctions et nouvelles fonctionnalités
  7. 7. Amélioration de la fiabilité des systèmes
  8. 8. Protection contre les courts-circuits
  9. 9. Amélioration des performances des systèmes
  10. 10. Architecture « faibles pertes »</li></li></ul><li>27/04/2007<br />Thèse<br />Contexte des travauxPlanIntégration et fiabilitéintégration et performancesConclusion<br />Plan<br />L’intégration au service de la fiabilité<br />Courts-circuits en électronique de puissance<br />Modes et types<br />Principes de détection<br />Capteur de Tension d’Anode<br />Structure de protection contre les C.C<br />Topologie et fonctionnement<br />Validation par simulation 2D<br />Résultats expérimentaux<br />Problématique d’intégration monolithique<br />L’intégration au service des performances<br />Compromis pertes en conduction, pertes en commutation<br />Architecture faibles pertes / Bi-IGBT<br />Topologie et fonctionnement<br />Structure discrète, validation intérêt<br />Simulation 2D, validation du concept<br />Réalisation technologique<br />Conclusions et perspectives<br />
  11. 11. 27/04/2007<br />Thèse<br />Contexte des travauxPlanIntégration et fiabilitéintégration et performancesConclusion<br />Plan<br />L’intégration au service de la fiabilité<br />Courts-circuits en électronique de puissance<br />Modes et types<br />Principes de détection<br />Capteur de Tension d’Anode<br />Structure de protection contre les C.C<br />Topologie et fonctionnement<br />Validation par simulation 2D<br />Résultats expérimentaux<br />Problématique d’intégration monolithique<br />L’intégration au service des performances<br />Compromis pertes en conduction, pertes en commutation<br />Architecture faibles pertes / Bi-IGBT<br />Topologie et fonctionnement<br />Structure discrète, validation intérêt<br />Simulation 2D, validation du concept<br />Réalisation technologique<br />Conclusions et perspectives<br />
  12. 12. 27/04/2007<br />Thèse<br />Contexte des travauxPlanIntégration et fiabilitéintégration et performancesConclusion<br />Eléments de contexte<br />Courts-circuits en E.P<br />Capteur de Tension d’Anode<br />Structure de protection contre les courts-circuits<br />Première partie: <br />Intégrer pour améliorer la fiabilité:<br />Structure de protection des IGBTs contre les courts-circuits<br />
  13. 13. 27/04/2007<br />Thèse<br />Contexte des travauxPlanIntégration et fiabilitéintégration et performancesConclusion<br />Courts-circuits en E.P<br /><ul><li> Définition
  14. 14. Modes et types
  15. 15. Défaillance de l’interrupteur
  16. 16. Grandeurs d’état de détection</li></ul>Capteur de tension d’anode<br />Modes et types de courts-circuits<br />Modes<br /><ul><li> Court-circuit lié à la charge
  17. 17. Court-circuit de bras</li></ul>Types<br /><ul><li>Type 1: Lors de la mise en conduction de l’interrupteur de puissance
  18. 18. Type 2: Lorsque l’interrupteur de puissance est en conduction
  19. 19. Court-circuit série</li></li></ul><li>27/04/2007<br />Thèse<br />Contexte des travauxPlanIntégration et fiabilitéintégration et performancesConclusion<br />Courts-circuits en E.P<br /><ul><li> Définition
  20. 20. Modes et types
  21. 21. Défaillance de l’interrupteur
  22. 22. Grandeurs d’état de détection</li></ul>Capteur de tension d’anode<br />Défaillances d’un interrupteur élémentaire soumis à un court-circuit<br />IA<br /><br /> Au turn-ON<br /> Court-circuit prolongé<br /> A l’ouverture<br /> Retardée<br />Imax<br />temps<br />Simultanément:<br /> Pleine tension d’alimentation<br /> Courant maximal <br /><ul><li>Forte dissipation d’énergie
  23. 23. Nombreuses défaillances</li></ul>VAK<br />temps<br />
  24. 24. 27/04/2007<br />Thèse<br />Contexte des travauxPlanIntégration et fiabilitéintégration et performancesConclusion<br />Courts-circuits en E.P<br /><ul><li> Définition
  25. 25. Modes et types
  26. 26. Défaillance de l’interrupteur
  27. 27. Grandeurs d’état de détection</li></ul>Capteur de tension d’anode<br />Capteur de Tension d’Anode<br />Détection de la tension d’anode<br />Grandeurs d’état de détection<br />Solutions intégrées basées sur deux grandeurs<br />Courant<br />Tension<br /><ul><li>Commande de grille établie (L.V)
  28. 28. Pleine tension d’alimentation sur l’anode (H.V)</li></li></ul><li>27/04/2007<br />Thèse<br />Contexte des travauxPlanIntégration et fiabilitéintégration et performancesConclusion<br />Courts-circuits en E.P<br />Capteur de tension d’anode<br /><ul><li>Principe de fonctionnement
  29. 29. Comportement statique
  30. 30. Comportement dynamique
  31. 31. Réalisation technologique</li></ul>xV<br />~VA<br />Le Capteur de Tension d’Anode:principe de fonctionnement<br />Vcapteur = f (VA)<br /><ul><li> Image en face avant de la tension d’anode (face arrière)
  32. 32. Intégration aisée dans un processus d’IGBT
  33. 33. Tenue en tension identique à celle du composant de puissance</li></ul>VA<br />
  34. 34. 27/04/2007<br />Thèse<br />Contexte des travauxPlanIntégration et fiabilitéintégration et performancesConclusion<br />Courts-circuits en E.P<br />Capteur de tension d’anode<br /><ul><li>Principe de fonctionnement
  35. 35. Comportement statique
  36. 36. Comportement dynamique
  37. 37. Réalisation technologique</li></ul>Le capteur de tension d’anode:comportement statique (simulation 2D)<br /><ul><li> Différentes gammes de tension selon l
  38. 38. Gamme Vcapteur </li></ul>lorsque l <br /><ul><li> Choix de la gamme dès la conception technologique</li></li></ul><li>27/04/2007<br />Thèse<br />Contexte des travauxPlanIntégration et fiabilitéintégration et performancesConclusion<br />Courts-circuits en E.P<br />Capteur de tension d’anode<br /><ul><li>Principe de fonctionnement
  39. 39. Comportement statique
  40. 40. Comportement dynamique
  41. 41. Réalisation technologique</li></ul>Le capteur de tension d’anode:comportement dynamique en charge (simulation 2D)<br /><ul><li> Charge résistive 10kΩ
  42. 42. Réponse quasi-instantanée
  43. 43. Régime permanent en 50µs
  44. 44. Charge capacitive de 0.5pF
  45. 45. 90% de la charge en 0.2µs
  46. 46. Charge totale en 1µs</li></ul> Compatible avec la commande de grille de MOS<br />
  47. 47. 27/04/2007<br />Thèse<br />Contexte des travauxPlanIntégration et fiabilitéintégration et performancesConclusion<br />Courts-circuits en E.P<br />Capteur de tension d’anode<br /><ul><li>Principe de fonctionnement
  48. 48. Comportement statique
  49. 49. Comportement dynamique
  50. 50. Réalisation technologique</li></ul>Le capteur de tension d’anode:réalisation technologique<br /><br /><br />600µm<br />600µm<br />
  51. 51. 27/04/2007<br />Thèse<br />Contexte des travauxPlanIntégration et fiabilitéintégration et performancesConclusion<br />Capteur de Tension d’Anode<br />Structure de protection contre les courts-circuits<br /><ul><li> Topologie, fonctionnement
  52. 52. Validation par simulations 2D
  53. 53. Réalisation technologique
  54. 54. Intégration monolithique</li></ul>Délai<br />La structure de protection contre les courts-circuits: topologie - fonctionnement<br />Protection efficace pour les deux types de court-circuit<br />
  55. 55. 27/04/2007<br />Thèse<br />Contexte des travauxPlanIntégration et fiabilitéintégration et performancesConclusion<br />Capteur de Tension d’Anode<br />Structure de protection contre les courts-circuits<br /><ul><li> Topologie, fonctionnement
  56. 56. Validation par simulations 2D
  57. 57. Réalisation technologique
  58. 58. Intégration monolithique</li></ul>Validation de la structure par simulation 2D(I.S.E T.C.A.D)<br />
  59. 59. 27/04/2007<br />Thèse<br />Contexte des travauxPlanIntégration et fiabilitéintégration et performancesConclusion<br />Capteur de Tension d’Anode<br />Structure de protection contre les courts-circuits<br /><ul><li> Topologie, fonctionnement
  60. 60. Validation par simulations 2D
  61. 61. Réalisation technologique
  62. 62. Intégration monolithique</li></ul>Structure de protection - cahier des charges<br /><ul><li> Tenue en tension des MOS >15V
  63. 63. Polarisation du contact source-substrat du MOS de délai</li></li></ul><li>27/04/2007<br />Thèse<br />Contexte des travauxPlanIntégration et fiabilitéintégration et performancesConclusion<br />Capteur de Tension d’Anode<br />Structure de protection contre les courts-circuits<br /><ul><li> Topologie, fonctionnement
  64. 64. Validation par simulations 2D
  65. 65. Réalisation technologique
  66. 66. Intégration monolithique</li></ul>Tenue en tension des transistors MOSdouble diffusés<br />Caractérisation EMMI<br />Écart simulation - mesure 100%<br /> BV insuffisant pour la structure de protection<br />
  67. 67. 27/04/2007<br />Thèse<br />Contexte des travauxPlanIntégration et fiabilitéintégration et performancesConclusion<br />Capteur de Tension d’Anode<br />Structure de protection contre les courts-circuits<br /><ul><li> Topologie, fonctionnement
  68. 68. Validation par simulations 2D
  69. 69. Réalisation technologique
  70. 70. Intégration monolithique</li></ul>Amélioration de la tenue en tension des transistors MOS<br />BV max atteint ≈ 25V  Solution non adaptée<br />
  71. 71. 27/04/2007<br />Thèse<br />Contexte des travauxPlanIntégration et fiabilitéintégration et performancesConclusion<br />Capteur de Tension d’Anode<br />Structure de protection contre les courts-circuits<br /><ul><li> Topologie, fonctionnement
  72. 72. Validation par simulations 2D
  73. 73. Réalisation technologique
  74. 74. Intégration monolithique</li></ul>Choix du LDMOS à deux niveaux d’oxyde<br /><ul><li> BV adapté
  75. 75. Compromis VON/RON amélioré
  76. 76. Compatible auto alignement
  77. 77. Pas d’étape technologique en plus</li></ul>Solution retenue<br />
  78. 78. 27/04/2007<br />Thèse<br />Contexte des travauxPlanIntégration et fiabilitéintégration et performancesConclusion<br />Capteur de Tension d’Anode<br />Structure de protection contre les courts-circuits<br /><ul><li> Topologie, fonctionnement
  79. 79. Validation par simulations 2D
  80. 80. Réalisation technologique
  81. 81. Intégration monolithique</li></ul>Polarisation du contact source-substrat du MOS de délai - influence de la diode Zener<br /> Polarisation du MOS de coupure<br /> Tension de grille du l’IGBT<br />Diode Zener Z=0.4mm nécessaire<br />
  82. 82. 27/04/2007<br />Thèse<br />Contexte des travauxPlanIntégration et fiabilitéintégration et performancesConclusion<br />Capteur de Tension d’Anode<br />Structure de protection contre les courts-circuits<br /><ul><li> Topologie, fonctionnement
  83. 83. Validation par simulations 2D
  84. 84. Réalisation technologique
  85. 85. Intégration monolithique</li></ul>Validation par simulations 2DMixed mode ISE-TCAD<br />
  86. 86. 27/04/2007<br />Thèse<br />Contexte des travauxPlanIntégration et fiabilitéintégration et performancesConclusion<br />Capteur de Tension d’Anode<br />Structure de protection contre les courts-circuits<br /><ul><li> Topologie, fonctionnement
  87. 87. Validation par simulations 2D
  88. 88. Réalisation technologique
  89. 89. Intégration monolithique</li></ul>Validation par simulations 2D<br /> Protection CC type 1<br /> Protection CC type 2<br />
  90. 90. 27/04/2007<br />Thèse<br />Contexte des travauxPlanIntégration et fiabilitéintégration et performancesConclusion<br />Capteur de Tension d’Anode<br />Structure de protection contre les courts-circuits<br /><ul><li> Topologie, fonctionnement
  91. 91. Validation par simulations 2D
  92. 92. Réalisation technologique
  93. 93. Intégration monolithique</li></ul>Réalisation technologique - LDMOS(Fabrication réalisée au CNM de Barcelone)<br />200µm<br />25V-0.1A<br /><ul><li> Vth = 3.5V
  94. 94. VBR≈ 35V
  95. 95. RON ≈ 30 Ω</li></li></ul><li>27/04/2007<br />Thèse<br />Contexte des travauxPlanIntégration et fiabilitéintégration et performancesConclusion<br />Capteur de Tension d’Anode<br />Structure de protection contre les courts-circuits<br /><ul><li> Topologie, fonctionnement
  96. 96. Validation par simulations 2D
  97. 97. Réalisation technologique
  98. 98. Intégration monolithique</li></ul>Réalisation technologique - IGBT(Fabrication réalisée au CNM de Barcelone)<br />1mm<br />600V-1A<br /><ul><li> Vth = 3V
  99. 99. VBR≈ 320V
  100. 100. VON ≈ 2-4V</li></li></ul><li>27/04/2007<br />Thèse<br />Contexte des travauxPlanIntégration et fiabilitéintégration et performancesConclusion<br />Capteur de Tension d’Anode<br />Structure de protection contre les courts-circuits<br /><ul><li> Topologie, fonctionnement
  101. 101. Validation par simulations 2D
  102. 102. Réalisation technologique
  103. 103. Intégration monolithique</li></ul>Intégration monolithique de la structure de protection: problématique<br />VCommande courant entre les drains des deux LDMOS<br />VAnode courant vers drain MOS de coupure<br /> Nécessité d’isolation HV-LV et LV-LV<br />
  104. 104. 27/04/2007<br />Thèse<br />Contexte des travauxPlanIntégration et fiabilitéintégration et performancesConclusion<br />Capteur de Tension d’Anode<br />Structure de protection contre les courts-circuits<br /><ul><li> Topologie, fonctionnement
  105. 105. Validation par simulations 2D
  106. 106. Réalisation technologique
  107. 107. Intégration monolithique</li></ul>Techniques d’isolation proposées<br /><ul><li> S.O.N (Silicon On Nothing)
  108. 108. Tranchées 20µm
  109. 109. Saturation en P+
  110. 110. Redistribution
  111. 111. Gravure face arrière en fin de process
  112. 112. S.O.I partiel
  113. 113. Motifs S.O.I en utilisant le procédé LEGO
  114. 114. Isolations par jonctions ou par tranchées
  115. 115. Murs traversants dopés P+
  116. 116. Tranchées traversantes
  117. 117. Saturation en P+
  118. 118. Redistribution
  119. 119. Passivation face arrière
  120. 120. 3 techniques déjà éprouvées pour la réalisation de dispositifs de puissance
  121. 121. Compatibilité avec la filière spécifique développée au LAAS
  122. 122. Complexification du processus technologique</li></li></ul><li>27/04/2007<br />Thèse<br />Contexte des travauxPlanIntégration et fiabilitéintégration et performancesConclusion<br />Capteur de Tension d’Anode<br />Structure de protection contre les courts-circuits<br /><ul><li> Topologie, fonctionnement
  123. 123. Validation par simulations 2D
  124. 124. Réalisation technologique
  125. 125. Intégration monolithique</li></ul>Comparaison - charge R = 100 Ω(Simulation 2D - ISE TCAD)<br /><ul><li> Trois courbes superposées
  126. 126. Pas d’influence sur le comportement nominal</li></li></ul><li>27/04/2007<br />Thèse<br />Contexte des travauxPlanIntégration et fiabilitéintégration et performancesConclusion<br />Capteur de Tension d’Anode<br />Structure de protection contre les courts-circuits<br /><ul><li> Topologie, fonctionnement
  127. 127. Validation par simulations 2D
  128. 128. Réalisation technologique
  129. 129. Intégration monolithique</li></ul>VG<br />IA<br />Comparaison en condition de court-circuit<br /> Déclencher CC<br /><ul><li> t=200.10-6s</li></ul> Observer<br /><ul><li> tension de grille VG
  130. 130. courant d’anodeIA</li></li></ul><li>27/04/2007<br />Thèse<br />Contexte des travauxPlanIntégration et fiabilitéintégration et performancesConclusion<br />Capteur de Tension d’Anode<br />Structure de protection contre les courts-circuits<br /><ul><li> Topologie, fonctionnement
  131. 131. Validation par simulations 2D
  132. 132. Réalisation technologique
  133. 133. Intégration monolithique</li></ul>Comparaison - cas d’un court-circuit de type 1(Simulation 2D - ISE TCAD)<br /><ul><li> S.O.N et Murs : même efficacité
  134. 134. Pic de VG ~ 12V
  135. 135. Pic IA ~ 10A
  136. 136. Effective en 0,8μs
  137. 137. S.O.I
  138. 138. Pic de VG ~13,5V
  139. 139. Pic IA ~ 14A
  140. 140. Effective en 1µs</li></li></ul><li>27/04/2007<br />Thèse<br />Contexte des travauxPlanIntégration et fiabilitéintégration et performancesConclusion<br />Capteur de Tension d’Anode<br />Structure de protection contre les courts-circuits<br /><ul><li> Topologie, fonctionnement
  141. 141. Validation par simulations 2D
  142. 142. Réalisation technologique
  143. 143. Intégration monolithique</li></ul>Comparaison - cas d’un court-circuit de type 2(Simulation 2D - ISE TCAD)<br /><ul><li> 3 techniques sont très efficaces
  144. 144. Pic de IA < 4,9A
  145. 145. Tension de grille chute en 0,1μs</li></ul> 3 techniques efficaces pour les deux types de CC<br />
  146. 146. 27/04/2007<br />Thèse<br />Contexte des travauxPlanIntégration et fiabilitéintégration et performancesConclusion<br />Capteur de Tension d’Anode<br />Structure de protection contre les courts-circuits<br /><ul><li> Topologie, fonctionnement
  147. 147. Validation par simulations 2D
  148. 148. Réalisation technologique
  149. 149. Intégration monolithique</li></ul>Choix d’une technique d’isolation - classement sur critère technologique<br /><br /> Technique S.O.I<br /><ul><li> La mieux maîtrisée</li></ul> Technique « Murs »<br /><ul><li> Technologie relativement maîtrisée
  150. 150. Mais moins reproductible</li></ul> Technique S.O.N<br /><ul><li> Contraintes importantes
  151. 151. Etape lourde en fin de process
  152. 152. Exploiter?</li></ul><br /><br />
  153. 153. 27/04/2007<br />Thèse<br />Contexte des travauxPlanIntégration et fiabilitéIntégration et performancesConclusion<br />Plan:<br />Intégration au service de la fiabilité<br />Courts-circuits en électronique de puissance<br />Modes et types<br />Principes de détection<br />Capteur de Tension d’Anode<br />Structure de protection contre les C.C<br />Topologie et fonctionnement<br />Validation par simulation 2D<br />Résultats expérimentaux<br />Problématique d’intégration monolithique<br />Intégration au service des performances<br />Compromis pertes en conduction, pertes en commutation<br />Architecture faibles pertes / Bi-IGBT<br />Topologie et fonctionnement<br />Structure discrète, validation intérêt<br />Simulation 2D, validation du concept<br />Réalisation technologique<br />Conclusions et perspectives<br />
  154. 154. 27/04/2007<br />Thèse<br />Contexte des travauxPlanIntégration et fiabilitéIntégration et performancesConclusion<br />Deuxième partie: <br />Intégrer pour améliorer les performances<br />
  155. 155. 27/04/2007<br />Thèse<br />Contexte des travauxPlanIntégration et fiabilitéIntégration et performancesConclusion<br />Compromis pertes en conduction, pertes en commutation<br />Architecture faibles pertes<br /><ul><li> Topologie et fonctionnement
  156. 156. Validation intérêt
  157. 157. Simulation 2D, validation concept
  158. 158. Réalisation technologique</li></ul>Compromis pertes en conduction / pertes en commutation (composants bipolaires) <br />Pertes 1 cycle<br />conduction<br />commutation<br /> VON<br /> EOFF<br /><br /> Q Base<br />  Q Base<br />Association //<br />deux IGBTs<br />
  159. 159. 27/04/2007<br />Thèse<br />Contexte des travauxPlanIntégration et fiabilitéIntégration et performancesConclusion<br />Compromis pertes en conduction, pertes en commutation<br />Architecture faibles pertes<br /><ul><li> Topologie et fonctionnement
  160. 160. Validation intérêt
  161. 161. Simulation 2D, validation concept
  162. 162. Réalisation technologique</li></ul>I<br />E<br />IGBT rap<br />IGBT lent<br />Architecture faibles pertes : topologie<br /> IGBT lent<br /><ul><li>VON faible
  163. 163. EOFF élevé
  164. 164. IGBT rapide
  165. 165. VON élevé
  166. 166. EOFF faible</li></ul>IGBT lent  conduction<br />IGBT rapide  commutation<br />
  167. 167. 27/04/2007<br />Thèse<br />Contexte des travauxPlanIntégration et fiabilitéIntégration et performancesConclusion<br />Compromis pertes en conduction, pertes en commutation<br />Architecture faibles pertes<br /><ul><li> Topologie et fonctionnement
  168. 168. Validation intérêt
  169. 169. Simulation 2D, validation concept
  170. 170. Réalisation technologique</li></ul>VGK<br />VGK rap<br />VGK lent<br />E<br />VAK<br />VON rap<br />VON lent<br />IA<br />IA lent<br />IA rap<br />Architecture faibles pertes : fonctionnement à l’ouverture<br /><ul><li> IGBT lent conduit & IGBT rapide bloqué
  171. 171. IGBT lent bloqué & IGBT rapide conduit</li></ul> IGBT lent et rapide bloqués<br /><br /><br /><br />
  172. 172. 27/04/2007<br />Thèse<br />Contexte des travauxPlanIntégration et fiabilitéIntégration et performancesConclusion<br />Compromis pertes en conduction, pertes en commutation<br />Architecture faibles pertes<br /><ul><li> Topologie et fonctionnement
  173. 173. Validation intérêt
  174. 174. Simulation 2D, validation concept
  175. 175. Réalisation technologique</li></ul>Validation de l’intérêt de l’architecturepar simulation analytiques(Thèse Rodolphe De Maglie - 20 avril 2007)<br /><ul><li> Comparaison plusieurs associations //
  176. 176. 1 lent
  177. 177. 2 lents avec double commande
  178. 178. 2 rapides avec double commande
  179. 179. 1 lent - 1 rapide = architecture proposée</li></ul> Gain de 20 à 25% pour tous les rapports cycliques ( par rapport à l’IGBT lent seul)<br /><ul><li> l’architecture faibles pertes offre</li></ul>le meilleur rendement énergétique<br />
  180. 180. 27/04/2007<br />Thèse<br />Contexte des travauxPlanIntégration et fiabilitéIntégration et performancesConclusion<br />Compromis pertes en conduction, pertes en commutation<br />Architecture faibles pertes<br /><ul><li> Topologie et fonctionnement
  181. 181. Validation intérêt
  182. 182. Simulation 2D, validation concept
  183. 183. Réalisation technologique</li></ul>Simulation 2D d’une structure multi-cellules<br /> Structure simulée 16 cellules<br /><ul><li> trois régimes distincts</li></ul> Lent ON - rapide ON<br /> Lent OFF - rapide ON<br /> Lent et rapide OFF<br /><ul><li> Caractéristiques électriques équivalentes à l’étude en discret</li></li></ul><li>27/04/2007<br />Thèse<br />Contexte des travauxPlanIntégration et fiabilitéIntégration et performancesConclusion<br />Compromis pertes en conduction, pertes en commutation<br />Architecture faibles pertes<br /><ul><li> Topologie et fonctionnement
  184. 184. Validation intérêt
  185. 185. Simulation 2D, validation concept
  186. 186. Réalisation technologique</li></ul>Grille lent<br />Cathode<br />Grille rapide<br />Réalisation technologique / Bi-IGBT(effectuée au CNM de Barcelone)<br /> Caractéristiques<br /><ul><li> Base commune
  187. 187. Substrat 300m
  188. 188. Anode lent « classique »
  189. 189. Anode rapide « semi-transparente »
  190. 190. Un seul masque additionnel</li></li></ul><li>27/04/2007<br />Thèse<br />Contexte des travauxPlanIntégration et fiabilitéIntégration et performancesConclusion<br />Compromis pertes en conduction, pertes en commutation<br />Architecture faibles pertes<br /><ul><li> Topologie et fonctionnement
  191. 191. Validation intérêt
  192. 192. Simulation 2D, validation concept
  193. 193. Réalisation technologique</li></ul>Bi-IGBT - Caractérisation des dispositifs IGBTs pris séparément<br /> Conditions de mesure:<br /><ul><li> Grille et cathode du composant non mesuré mises à la masse
  194. 194. Caractéristiques statiques au traceur de puissance
  195. 195. Caractéristiques dynamiques à l’ouverture sur charge résistive de 100Ω</li></li></ul><li>27/04/2007<br />Thèse<br />Contexte des travauxPlanIntégration et fiabilitéIntégration et performancesConclusion<br />Compromis pertes en conduction, pertes en commutation<br />Architecture faibles pertes<br /><ul><li> Topologie et fonctionnement
  196. 196. Validation intérêt
  197. 197. Simulation 2D, validation concept
  198. 198. Réalisation technologique</li></ul>grille lent<br />cathode<br />grille rapide<br />Bi-IGBT - Caractérisation des dispositifs Architecture « faibles pertes »<br /> Sur charge R=100Ω à 25A/cm2<br /><ul><li> Profil des commandes
  199. 199. Evolution du VON
  200. 200. Différences des courants de queue</li></ul>Lent<br />ON<br />Rap.<br />OFF<br />Lent OFF<br />Rap. ON<br />Lent OFF<br />Rap. OFF<br />Charge stockée -30%  validation de la fonctionnalité<br />
  201. 201. 27/04/2007<br />Thèse<br />Contexte des travauxPlanIntégration et fiabilitéIntégration et performancesConclusion<br />Plan:<br />Intégration au service de la fiabilité<br />Courts-circuits en électronique de puissance<br />Modes et types<br />Principes de détection<br />Capteur de Tension d’Anode<br />Structure de protection contre les C.C<br />Topologie et fonctionnement<br />Validation par simulation 2D<br />Problématique d’intégration monolithique<br />Validation expérimentale<br />Intégration au service des performances<br />Compromis pertes en conduction, pertes en commutation<br />Architecture faibles pertes / Bi-IGBT<br />Topologie et fonctionnement<br />Structure discrète, validation intérêt<br />Simulation 2D, validation du concept<br />Réalisation technologique<br />Conclusions et perspectives<br />
  202. 202. 27/04/2007<br />Thèse<br />Contexte des travauxPlanIntégration et fiabilitéIntégration et performancesConclusion<br />Conclusions<br />Perspectives<br />Conclusion<br />Structure de protection contre les courts-circuits<br />Conception détaillée<br />Fonctionnalité et efficacité démontrée par simulation 2D<br />Nécessité d’isolation LV-LV exposée<br />Solutions d’isolations proposées et comparées par simulation 2D<br />Validation technologique de ses composants présentée<br />Architecture faibles pertes<br />Gain en performance démontré par simulation analytique<br />Réalisation technologique présentée<br />Fonctionnalité validée par caractérisation électriques<br />Analyse du fonctionnement par simulation 2D<br />
  203. 203. 27/04/2007<br />Thèse<br />Contexte des travauxPlanIntégration et fiabilitéIntégration et performancesConclusion<br />Conclusion<br />Perspectives<br />Perspectives<br />Protection contre les courts-circuits<br />Notre structure<br />Pallier à la lourdeur technologique ajoutée<br />Réalisation technologique intégrée avec isolations<br />Thèse Julie Le GAL<br />Plus généralement<br />Associer auto-alimentation et protection<br />Combiner différentes protections, associer des composants logiques<br />Architecture faibles pertes<br />Poursuivre simulations 2D à grande échelle pour mieux quantifier les interactions Lent - Rapide<br />Réaliser une structure permettant une validation fort courant<br />Réaliser une commande simplifiée<br />
  204. 204. 27/04/2007<br />Thèse<br />Merci de votre attention<br />
  205. 205. 27/04/2007<br />Thèse<br /> Tension VGK<br /> Fuite mise en évidence par EMMI<br />
  206. 206. 27/04/2007<br />Thèse<br />Analyse des fuites en fonction de la localisation sur la plaquette<br />

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