LABORATOIRE PLASMA ET CONVERSION D’ENERGIE - UMR5213

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, signal de commande parasité). 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 et 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 (en relation l’action transversale FiDiag),
 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, R_sc, I²T, énergie d’explosion).
 Diagnostic thermique (Z_th(t), R_th) des assemblages de puissance et mise en relation avec leur fiabilité et leur dégradation.
 Conception de la sécurité passive intégrée au cœur des cellules de commutation (sectionneur et contacteur passifs, coupleur automatique de secours).
 Nouvelles architectures sécurisées à redondances intégrées (passive et active) pour la tolérance de pannes d’applications critiques.
 Surveillance et diagnostic des formes d’ondes (approches temporelle et fréquentielle) pour la reconfiguration "on-line" du contrôle rapproché (modulateur et MLI reconfigurable).

Illustrations :

 Exemple d’un onduleur de tension à isolement local de bras défaillant et connexion spontanée d’un bras secours mutualisé – Brevet INPT/UM2/CNRS F. RICHARDEAU, E. SARRAUTE, J.-J. HUSELSTEIN, Th. MARTIRE, Numéro de demande 1055523, Numéro de soumission 1000084136, Date de réception 7 juillet 2010.

 Caractérisation de la résistance de court-circuit Rsc et reverse technologique de la zone de défaillance sur puces IGBT.

 Exemple d’un PFC Double-Boost Flying-Cap – 5 niveaux à tolérance de pannes multiples par redondance active série - Surveillance / Diagnostic et Reconfiguration - AC230V / DC800V/ 30kHz. Brevet INPT / CNRS / Airbus – F. RICHARDEAU, H. HELALI, F. ITURRIZ, T MEYNARD, N°08 0050622, janvier 2008.