Conception et réalisation de protections intégrées sur puce silicium et développement de nouvelles cellules de commutation monolithiques pour convertisseur de puissance PDF Download
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Author: Amirouche Oumaziz
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 183
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Book Description
Les convertisseurs de puissance sont aujourd'hui largement déployés dans plusieurs applications du quotidien qui requièrent un grand niveau de sécurité, de fiabilité et de disponibilité. Afin de répondre à ces exigences, il a fallu fonctionnaliser les modules de puissances avec des cellules de commutations à tolérance de panne et la possibilité de faire de la redondance, afin de pouvoir continuer à opérer même en cas de défaut. Ces fonctions évoluées sont assurées par le rajout de protections électroniques, des composants tels que des fusibles, des composants de puissance auxiliaires, pour permettre la connexion de bras secours. Dans cette thèse, on traite deux thématiques d'intégration d'électronique de puissance, dans l'idée de proposer des solutions d'intégration plus poussées, qui aspirent à rendre les convertisseurs de puissance, plus sécurisés et plus compacts. Dans un premier temps, on s'intéresse à l'intégration de fusibles de manière monolithique sur des composants de puissance verticaux qui composent les cellules de commutations à tolérance de panne. Cette approche permettrait de produire des composants auto-sécurisés, capable d'isoler le défaut rapidement, sans le propager. La seconde thématique de cette thèse, concerne la proposition et l'étude de nouvelles architectures de cellules de commutations complètement monolithique, réalisées verticalement sur une seule puce silicium. On s'intéresse notamment à l'intégration de bras de convertisseurs composé de transistors IGBT (type P et N) et VDMOS (type P et N). L'utilisation de composants type P reste limité dans les structures de convertisseurs de puissance. Néanmoins, la démarche d'intégration monolithique sur une seule puce, avec d'autres composants de type N, reste très intéressante pour des applications spécifiques. Pour valider ces approches d'intégration proposées, des fusibles 10A/200V ont étés dimensionnés et réalisés par croissance électrolytique conforme avec une résolution micro-métrique sur puce silicium. Une zone tampon en époxy a été introduite localement dessous les constrictions fusibles pour isoler thermiquement ces dernières du substrat silicium. Ce matériau permet aussi de protéger la puce d'une ablation par le plasma d'arc. La tenue en tension latérale a été renforcée par une couche de nitrure à l'interface fusible - puce. Il a aussi été montré que le gel silicone présent dans les modules de puissance permettait d'absorber efficacement et de passiver dans le volume les vapeurs métalliques issues de la fusion des constrictions. Une approche générique de dimensionnement électrothermique 3D de ces fusibles a été menée sous ComsolTM. Les principales architectures ont été optimisées sous contraintes de température et de surface d'implantation. La meilleure d'entre-elles, basée sur un agencement série - parallèle présente un gain en compacité et en sensibilité I2Tp cinq fois meilleurs que ceux du commerce. [...].
Author: Amirouche Oumaziz
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Languages : fr
Pages : 183
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Book Description
Les convertisseurs de puissance sont aujourd'hui largement déployés dans plusieurs applications du quotidien qui requièrent un grand niveau de sécurité, de fiabilité et de disponibilité. Afin de répondre à ces exigences, il a fallu fonctionnaliser les modules de puissances avec des cellules de commutations à tolérance de panne et la possibilité de faire de la redondance, afin de pouvoir continuer à opérer même en cas de défaut. Ces fonctions évoluées sont assurées par le rajout de protections électroniques, des composants tels que des fusibles, des composants de puissance auxiliaires, pour permettre la connexion de bras secours. Dans cette thèse, on traite deux thématiques d'intégration d'électronique de puissance, dans l'idée de proposer des solutions d'intégration plus poussées, qui aspirent à rendre les convertisseurs de puissance, plus sécurisés et plus compacts. Dans un premier temps, on s'intéresse à l'intégration de fusibles de manière monolithique sur des composants de puissance verticaux qui composent les cellules de commutations à tolérance de panne. Cette approche permettrait de produire des composants auto-sécurisés, capable d'isoler le défaut rapidement, sans le propager. La seconde thématique de cette thèse, concerne la proposition et l'étude de nouvelles architectures de cellules de commutations complètement monolithique, réalisées verticalement sur une seule puce silicium. On s'intéresse notamment à l'intégration de bras de convertisseurs composé de transistors IGBT (type P et N) et VDMOS (type P et N). L'utilisation de composants type P reste limité dans les structures de convertisseurs de puissance. Néanmoins, la démarche d'intégration monolithique sur une seule puce, avec d'autres composants de type N, reste très intéressante pour des applications spécifiques. Pour valider ces approches d'intégration proposées, des fusibles 10A/200V ont étés dimensionnés et réalisés par croissance électrolytique conforme avec une résolution micro-métrique sur puce silicium. Une zone tampon en époxy a été introduite localement dessous les constrictions fusibles pour isoler thermiquement ces dernières du substrat silicium. Ce matériau permet aussi de protéger la puce d'une ablation par le plasma d'arc. La tenue en tension latérale a été renforcée par une couche de nitrure à l'interface fusible - puce. Il a aussi été montré que le gel silicone présent dans les modules de puissance permettait d'absorber efficacement et de passiver dans le volume les vapeurs métalliques issues de la fusion des constrictions. Une approche générique de dimensionnement électrothermique 3D de ces fusibles a été menée sous ComsolTM. Les principales architectures ont été optimisées sous contraintes de température et de surface d'implantation. La meilleure d'entre-elles, basée sur un agencement série - parallèle présente un gain en compacité et en sensibilité I2Tp cinq fois meilleurs que ceux du commerce. [...].
Author: Adem Lale
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Languages : fr
Pages : 212
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Actuellement, le module de puissance (convertisseur de puissance) standard hybride 2D est la technologie de référence qui domine le marché de la moyenne et de la forte puissance. Ce dernier se présente sous la forme d'un boitier à multi-puces discrètes. Les puces à semi-conducteur sont reliées entre elles par des faisceaux de wire-bonding (câblage par fils) pour former des cellules de commutation. La technologie d'interconnexion wire-bonding présente une grande maturité technologique, et ses modes de défaillance sont bien connus aujourd'hui. Toutefois, cette technologie est un facteur limitant en termes de performances électrique et thermomécanique, d'intégrabilité tridimensionnelle et de productivité. Ces travaux de thèse ont pour objectif de proposer et d'étudier de nouvelles architectures de convertisseurs de puissance très intégrés. Comparée à la technologie hybride, dite de référence, les architectures proposées visent à un degré d'intégration plus poussé, avec un effort d'intégration partagé et conjoint au niveau semi-conducteur (intégration monolithique) et au niveau assemblage (intégration hybride). L'intégration monolithique consiste à intégrer les interrupteurs formant les cellules de commutation dans de nouvelles architectures de puces, passant ainsi de la notion de puce dipôle à celle de macro-puce multi-pôle. L'intégration hybride repose sur le développement de nouvelles technologies de report et d'assemblage de ces macro-puces. Pour valider les trois nouvelles architectures d'intégrations proposées, la démarche a consisté dans un premier temps à étudier et valider le fonctionnement des nouvelles puces par des simulations SentaurusTM TCAD. Ensuite, les puces multi-pôles ont été réalisées en s'appuyant sur la filière IGBT disponible dans la plateforme de micro-fabrication du LAAS-CNRS. Pour finir, les puces ont été reportées sur des cartes PCB, afin de réaliser des circuits de conversions prototypes. La maille de commutation très intégrée proposée présente une inductance parasite inférieure au nanohenry, ce qui est remarquable comparée à ce qui est présenté dans l'état de l'art (env. 20 nH).
Author: Abdelilah El Khadiry
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Languages : fr
Pages : 178
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Dans le domaine de l'intégration hybride de puissance, l'opération de câblage des dispositifs semi-conducteurs de puissance est la cause de fortes interactions électriques parasites entre les inductances de connexion, les capacités parasites par rapport au plan de masse, les dispositifs de puissance eux même et leur électronique de commande rapprochée. Ces interactions constituent une source de pollution et d'auto-perturbation EMI d'une part et un facteur de limitation des performances et de la fiabilité d'autre part. La voie de l'intégration monolithique de puissance au sein d'un même cristal constitue une approche intéressante permettant de solutionner simultanément l'ensemble des problèmes induits par l'intégration hybride. Dans ce cadre, les travaux de cette thèse visent à étudier la faisabilité d'une approche d'intégration monolithique intermédiaire où une structure générique multiphasée est décomposée et intégrée sous la forme de deux macro-puces, chacune vient intégrer un réseau d'interrupteurs multiphasés partageant au moins une électrode commune. Chaque macro-puce est un "aiguilleur de courant" déclinée en deux versions : une version "high-side" à anode commune/face arrière de la macro-puce et une version "low-side" à cathode commune/face avant de la macro-puce. Ce mode d'intégration adresse des applications de conversion d'énergie de type DC/AC, AC/DC ou encore des interrupteurs de puissance quatre segments de faible et moyenne puissance. L'étude comporte : la modélisation par simulations physiques/électriques 2D de structures de puces proposées, la validation de la fonctionnalité recherchée sur le plan semi-conducteur (structure physique) et système (circuit électrique), la réalisation de puces "prototype" en salle blanche du LAAS puis les caractérisations préliminaires sous pointes et enfin l'étude de solutions d'assemblage 2D et 3D des puces réalisées sur substrat SMI/DBC constituant à terme des modules de puissance ultra compacts. Les perspectives scientifiques à ce travail reposent sur une approche d'intégration monolithique "ultime" des cellules de commutation au sein d'une seule puce. Cette approche reposerait sur la réunion et sur un agencement original des deux aiguilleurs initialement étudiés et profite des résultats de comparaison de leurs techniques d'assemblage.
Author: Jean-François Mogniotte
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Languages : fr
Pages : 257
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L'émergence d'interrupteurs de puissance en SiC permet d'envisager des convertisseurs de puissance capables de fonctionner au sein des environnements sévères tels que la haute tension (> 10 kV ) et la haute température (> 300 °C). Aucune solution de commande spécifique à ces environnements n'existe pour le moment. Le développement de fonctions élémentaires en SiC (comparateur, oscillateur) est une étape préliminaire à la réalisation d'un premier démonstrateur. Plusieurs laboratoires ont développé des fonctions basées sur des transistors bipolaires, MOSFETs ou JFETs. Cependant les recherches ont principalement portées sur la conception de fonctions logiques et non sur l'intégration de drivers de puissance. Le laboratoire AMPERE (INSA de Lyon) et le Centre National de Microélectronique de Barcelone (Espagne) ont conçu un MESFET latéral double grille en SiC. Ce composant élémentaire sera à la base des différentes fonctions intégrées envisagées. L'objectif de ces recherches est la réalisation d'un convertisseur élévateur de tension "boost" monolithique et de sa commande en SiC. La démarche scientifique a consisté à définir dans un premier temps un modèle de simulation SPICE du MESFET SiC à partir de caractérisations électriques statique et dynamique. En se basant sur ce modèle, des circuits analogiques tels que des amplificateurs, oscillateurs, paires différentielles, trigger de Schmitt ont été conçus pour élaborer le circuit de commande (driver). La conception de ces fonctions s'avère complexe puisqu'il n'existe pas de MESFETs de type P et une polarisation négative de -15 V est nécessaire au blocage des MESFETs SiC. Une structure constituée d'un pont redresseur, d'un boost régulé avec sa commande basée sur ces différentes fonctions a été réalisée et simulée sous SPICE. L'ensemble de cette structure a été fabriqué au CNM de Barcelone sur un même substrat SiC semi-isolant. L'intégration des éléments passifs n'a pas été envisagée de façon monolithique (mais pourrait être considérée pour les inductances et capacités dans la mesure où les valeurs des composants intégrés sont compatibles avec les processus de réalisation). Le convertisseur a été dimensionné pour délivrer une de puissance de 2.2 W pour une surface de 0.27 cm2, soit 8.14 W/cm2. Les caractérisations électriques des différents composants latéraux (résistances, diodes, transistors) valident la conception, le dimensionnement et le procédé de fabrication de ces structures élémentaires, mais aussi de la majorité des fonctions analogiques. Les résultats obtenus permettent d'envisager la réalisation d'un driver monolithique de composants Grand Gap. La perspective des travaux porte désormais sur la réalisation complète du démonstrateur et sur l'étude de son comportement en environnement sévère notamment en haute température (> 300 °C). Des analyses des mécanismes de dégradation et de fiabilité des convertisseurs intégrés devront alors être envisagées.
Author: Eliana Rondon-Pinilla
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Languages : fr
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Book Description
Actuellement, le développement de semiconducteurs et la demande croissante de convertisseurs en électronique de puissance dans les différents domaines de l’énergie électrique, notamment pour des applications dans l’aéronautique et les réseaux de transport et de distribution, imposent de nouvelles spécifications comme le fonctionnement à hautes fréquences de commutation, densités de puissance élevées, hautes températures et hauts rendements. Tout ceci contribue au fort développement des composants en SiC (Carbure de Silicium). Cependant, ces composants créent de nouvelles contraintes en Compatibilité Electromagnétique (CEM) à cause des conditions de haute fréquence de commutation et fortes vitesses de commutation (forts di/dt et dv/dt) en comparaison à d’autres composants conventionnels de l'électronique de puissance. Une étude des perturbations générées par les composants SiC est donc nécessaire. L'objectif de ce travail est de donner aux ingénieurs amenés à concevoir des convertisseurs une méthode capable de prédire les niveaux d'émissions conduites générées par un convertisseur électronique de puissance qui intègre des composants en SiC. La nouveauté du travail présenté dans cette thèse est l’intégration de différents modèles de type circuit pour tous les constituants d’un convertisseur (un hacheur série est pris comme exemple). Le modèle est valable pour une gamme de fréquences de 40Hz à 30MHz. Des approches de modélisation des parties passives du convertisseur sont présentées. Ces approches sont différentes selon que les composants modélisés soient disponibles ou à concevoir : elles sont basées sur des mesures pour la charge et les capacités ; elles sont basées sur des simulations prédictives pour routage du convertisseur. Le modèle complet du convertisseur (éléments passifs et actifs) est utilisé en simulation pour prédire les émissions conduites reçues dans le réseau stabilisateur d’impédance de ligne. Le modèle est capable de prédire l'impact de différents paramètres comme le routage, les paramètres de contrôle comme les différents rapports cycliques et les résistances de grille avec des résultats satisfaisants dans les domaines temporels et fréquentiels. Les résultats obtenus montrent que le modèle peut prédire les perturbations en mode conduit pour les différents cas jusqu'à une fréquence de 15MHz. Finalement, une étude paramétrique du convertisseur a été élaborée. Cette étude a permis de voir l’influence de la qualité des différents modèles comme les éléments parasites du routage, des composants passifs et actifs et d'identifier les éléments qui ont besoin d’un modèle précis pour avoir des résultats valides dans la prédiction des perturbations conduites.
Author: North Atlantic Treaty Organization. Advisory Group for Aerospace Research and Development
Publisher:
ISBN: 9789283600046
Category : Aeronautics
Languages : en
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Book Description
Author: Sébastien Forget
Publisher: Springer
ISBN: 3642367054
Category : Science
Languages : en
Pages : 179
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Book Description
Organic lasers are broadly tunable coherent sources, potentially compact, convenient and manufactured at low-costs. Appeared in the mid 60’s as solid-state alternatives for liquid dye lasers, they recently gained a new dimension after the demonstration of organic semiconductor lasers in the 90's. More recently, new perspectives appeared at the nanoscale, with organic polariton and surface plasmon lasers. After a brief reminder to laser physics, a first chapter exposes what makes organic solid-state organic lasers specific. The laser architectures used in organic lasers are then reviewed, with a state-of-the-art review of the performances of devices with regard to output power, threshold, lifetime, beam quality etc. A survey of the recent trends in the field is given, highlighting the latest developments with a special focus on the challenges remaining for achieving direct electrical pumping of organic semiconductor lasers. A last chapter covers the applications of organic solid-state lasers.
Author: Walter R. Brooks
Publisher: Open Road Media
ISBN: 1497692245
Category : Juvenile Fiction
Languages : en
Pages : 144
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Book Description
Originally published between 1927 and 1958, the 26 classic books about Freddy the Pig are now going on to delight a sixth generation of children. Freddy the Pig, the “Renaissance Pig” (The New York Times Book Review) of Bean Farm, is back to thrill his fans of all ages in these all-American children’s classics. In Freddy the Cowboy, Mr. Flint, the owner of a nearby dude ranch, is planning to rob the First Animal Bank and it’s up to Freddy to save the day! When Freddy ruins his plans, Flint vows revenge. Together with his faithful friends, Freddy faces off against his enemy in a series of confrontations. The rivalry leads up to a dramatic shootout in the cosmetic department of the Busy Bee and a humorous fate for the troublesome Mr. Flint. The Wild West was never like this!
Author: Fabien Bretenaker
Publisher: World Scientific
ISBN: 9814612421
Category : Science
Languages : en
Pages : 185
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Book Description
This unique book provides an overview of the principle and applications of lasers enriched with numerous illustrations.Being over fifty years old, lasers continue to amaze us. Their performance characteristics are constantly reaching new limits, and the scope of their applications continues to expand. Yet, it took years of effort by teams of physicists to transform the fundamental notions of Einstein into the first experimental beam of laser light. And history is still going on as fundamental research is now triggered by its remarkable properties.This book addresses every aspects of laser light, from its fundamental principles to its industrial applications, at a level particularly suited for high school teachers, students, and anybody curious about science and technology.
Author: Canada. Patent Office
Publisher:
ISBN:
Category : Copyright
Languages : en
Pages : 1070
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