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Sureté de fonctionnement des convertisseurs

par Agnès Gaunie Picart - publié le

Malgré une évolution très nette de leurs performances ces dernières années, les composants semi-conducteurs de puissance restent et resteront un des maillons faibles des systèmes électriques de conversion d’énergie. Leur relative fragilité (tenue en température limitée, aire de sécurité électrique stricte) les rend peu robuste vis-à-vis de régimes extrêmes et accidentels susceptibles d’apparaître durant la vie du convertisseur (court-circuit, perte d’isolement, commande parasitée). La défaillance d’un composant est généralement un évènement critique tant par le risque d’explosion du boîtier et la propagation de la défaillance au sein même du système (forte énergie stockée dans l’alimentation) que par l’interruption de service qui en découle (systèmes embarqués, systèmes de production en flux tendu).

Depuis une dizaine d’années, cette problématique est au cœur des activités de recherche de l’opération "Sûreté de Fonctionnement" du groupe CS au Laplace, en relation avec ses partenaires académiques et industriels. Cette opération se décline aujourd’hui en deux orientations : la caractérisation de la fiabilité et la mise en place de stratégies de diagnostic thermique intégrées pour composants semi-conducteurs d’une part, l’adaptation et la conception de nouvelles structures de conversion sécurisées et à tolérance de pannes d’autre part.

Titres des sujets traités :
- Caractérisation de la SOA et de la capacité en régimes extrêmes des semi-conducteurs.
- Caractérisation des modes de défaillance et de leur durabilité (énergie critique, Rsc, I²T, énergie d’explosion).
- Diagnostic thermique (Zth(t), Rth) des assemblages de puissance et mise en relation avec leur fiabilité et leur dégradation.
- Diagnostic électrique et thermique "on line" de composants WBG intégrés sur onduleur. Approche Smart Driver.
- Conception et développements technologiques pour la sécurité passive intégrée au cœur des cellules de commutation (fusibles, sectionneur et contacteur passifs, coupleur – aiguilleur automatique de secours).
- Nouvelles architectures sécurisées à redondances intégrées (passive et active) pour la tolérance de pannes d’applications critiques. Formalisme pour l’évaluation comparative et qualitative des lois de fiabilité intégrant les redondances et le report de contrainte.
- Surveillance et diagnostic des formes d’ondes (approches temporelle et fréquentielle) pour la reconfiguration "on-line" du contrôle rapproché (modulateur et MLI reconfigurable).

Onduleur / hacheur X-phases à bras secours mutualisé et à connexion spontanée. Principe, caractérisations Rsc et analyses technologiques (Brevet INPT / Univ. Montpellier / CNRS – 2010) – Thèse de Zhifeng DOU [2008 – 2011] soutenue par la FRAE et l’ANR EMERGENCE