Etude de la fiabilité de composants GaN en conversion d'énergie PDF Download
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Author: Omar Chihani
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Book Description
L'industrie des transports aéronautique et terrestre voit une augmentation constante de l'électrification de ses fonctions. Les actionneurs mécaniques ou hydrauliques sont au fil des évolutions technologiques remplacés par des actionneurs électriques.Les composants qui dominent le marché actuellement ne semblent plus capables de suivre la tendance. En effet, les composants de puissance à base de silicium règnent toujours sur le marché actuel, grâce à leur faible coût. Ce matériau commence par contre à atteindre ses limites théoriques en termes de performances. Dans ce contexte, différentes structures en semi-conducteurs à large bande interdite sont en train d'émerger afin de succéder au silicium.Cette étude a pour objectif d'évaluer la fiabilité des transistors de puissance à base de Nitrure de Gallium. Ces composants semblent être très prometteurs pour des applications moyennes puissances. Cependant, les mécanismes de défaillance dont peuvent souffrir ces composants ne sont pas encore suffisamment étudiés. L'étude consiste en l'application de vieillissements alliant contraintes thermiques et électriques. Ces vieillissements sont effectués à différentes conditions de tension et de température. L'objectif de cette méthode est, dans un premier temps, d'isoler l'effet de chaque facteur de stress sur l'état des composants, et dans un second temps, d'identifier les mécanismes de défaillances activés en fonction des conditions de vieillissement.Ce travail a permis d'identifier l'existence de différents mécanismes de défaillance pouvant être activés selon les conditions de vieillissement. En effet, il est apparu que la gamme de température de vieillissement utilisée influe grandement sur la prédominance des mécanismes de défaillance activés. Les résultats obtenus remettent en question les normes de qualification actuellement appliquées aux composants en Nitrure de Gallium. Ces normes devraient revoir à la hausse les températures de vieillissement utilisées afin de couvrir des gammes plus proches des températures d'utilisation pour ce type de composants.
Author: Omar Chihani
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L'industrie des transports aéronautique et terrestre voit une augmentation constante de l'électrification de ses fonctions. Les actionneurs mécaniques ou hydrauliques sont au fil des évolutions technologiques remplacés par des actionneurs électriques.Les composants qui dominent le marché actuellement ne semblent plus capables de suivre la tendance. En effet, les composants de puissance à base de silicium règnent toujours sur le marché actuel, grâce à leur faible coût. Ce matériau commence par contre à atteindre ses limites théoriques en termes de performances. Dans ce contexte, différentes structures en semi-conducteurs à large bande interdite sont en train d'émerger afin de succéder au silicium.Cette étude a pour objectif d'évaluer la fiabilité des transistors de puissance à base de Nitrure de Gallium. Ces composants semblent être très prometteurs pour des applications moyennes puissances. Cependant, les mécanismes de défaillance dont peuvent souffrir ces composants ne sont pas encore suffisamment étudiés. L'étude consiste en l'application de vieillissements alliant contraintes thermiques et électriques. Ces vieillissements sont effectués à différentes conditions de tension et de température. L'objectif de cette méthode est, dans un premier temps, d'isoler l'effet de chaque facteur de stress sur l'état des composants, et dans un second temps, d'identifier les mécanismes de défaillances activés en fonction des conditions de vieillissement.Ce travail a permis d'identifier l'existence de différents mécanismes de défaillance pouvant être activés selon les conditions de vieillissement. En effet, il est apparu que la gamme de température de vieillissement utilisée influe grandement sur la prédominance des mécanismes de défaillance activés. Les résultats obtenus remettent en question les normes de qualification actuellement appliquées aux composants en Nitrure de Gallium. Ces normes devraient revoir à la hausse les températures de vieillissement utilisées afin de couvrir des gammes plus proches des températures d'utilisation pour ce type de composants.
Author: Alexis Divay
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Languages : fr
Pages : 206
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Les performances des HEMTs AlGaN/GaN sont en passe de devenir une technologie de référence pour les applications de forte puissance dans le domaine radiofréquence. Cependant, le manque de retour d'expérience sur la fiabilité de ces dispositifs se fait ressentir chez les industriels des domaines de la défense, de l'automobile et des télécommunications à cause de la jeunesse de cette filière. Cette étude se porte donc sur la fiabilité à long terme de transistors HEMT AlGaN/GaN de puissance en régime RADAR. Elle repose notamment sur des caractérisations électriques des composants, le développement d'une méthode athermique de caractérisation de pièges ainsi que le stress de ces transistors sur un banc de vieillissement dédié. La somme des caractérisations avant, pendant et après vieillissement ainsi que les analyses micro-structurales permet de définir des hypothèses quant à l'origine physique des dérives de performances de ces composants.
Author: Safa Mbarek
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L'amélioration des systèmes de conversion d'énergie rend les dispositifs à base de SiC très attractifs pour leur efficacité, compacité et robustesse. Cependant, leur comportement en réponse à un défaut de court-circuit doit être soigneusement étudié pour assurer la fiabilité des systèmes. Ce travail de recherche porte sur les problèmes de robustesse et de fiabilité du MOSFET SiC sous contraintes de court-circuit. Cette étude repose sur des caractérisations électriques et microstructurales. La somme de toutes les caractérisations avant, pendant et après les tests de robustesse ainsi que l'analyse microstructurale permet de définir des hypothèses sur l'origine physique de la défaillance pour ce type de composants. De plus, la mesure de la capacité est introduite au cours des tests de vieillissement en tant qu'indicateur de santé et outil clé pour remonter à l'origine physique du défaut.
Author: Loris Pace
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La montée en fréquence de commutation des transistors de puissance à base de Nitrure de Gallium (GaN) présente une avancée technologique conduisant à la réduction de la taille, du poids et du volume des systèmes de conversion de l'énergie. En effet, les propriétés physiques des transistors de type HEMT basés sur l'hétérostructure AlGaN/GaN présentent un fort potentiel pour le développement de convertisseurs statiques haute fréquence. Avec l'augmentation toujours croissante de la part de l'électronique de puissance dans les systèmes électriques actuels, cette filière technologique, associée à la filière du Carbure de Silicium (SiC), vise aujourd'hui à remplacer progressivement les composants de puissance à base de Silicium (Si) notamment pour des raisons de tension de claquage élevée, de robustesse vis-à-vis des conditions sévères de fonctionnement et d'intégration de puissance. La conception optimale des convertisseurs haute fréquence implique une connaissance précise du fonctionnement des composants de puissance au sein de ces systèmes. Ainsi, la conception de ces dispositifs repose sur des étapes d'analyse et de simulations menées à partir des modèles des semi-conducteurs de puissance et des éléments environnants. L'objectif de ce travail de thèse est de proposer une méthodologie de modélisation comportementale de transistors de puissance GaN en boitier basée exclusivement sur des méthodes de caractérisation non-intrusives. Les techniques de caractérisation électriques utilisées pour la modélisation de transistors fonctionnant en gammes radiofréquences, telles que la mesure des paramètres S ou les mesures courant/tension en régime pulsé, sont ici adaptées à la caractérisation du transistor de puissance GaN encapsulé. A partir des résultats de caractérisation, les différents éléments linéaires et non linéaires du modèle électrique du transistor sont obtenus et un modèle électrique complet rassemblant ces éléments est implémenté dans le logiciel de simulation ADS. Un banc de test Double Pulse est alors conçu afin de mettre en application le modèle électrique développé. Après modélisation de l'environnement du transistor, y compris du circuit imprimé, les résultats de simulation des formes d'onde de commutation sont confrontés aux résultats expérimentaux. Afin de tenir compte des effets de la température sur le fonctionnement du transistor, une méthodologie est proposée permettant d'obtenir le modèle thermique du composant à partir de mesures de puissance dissipée et d'une procédure d'optimisation. À partir du modèle obtenu, un convertisseur DC/DC utilisant le transistor GaN modélisé a été conçu et réalisé. Les résultats de simulation des formes d'onde de commutation sont confrontés aux résultats expérimentaux pour différentes températures de fonctionnement du transistor et une prédiction du fonctionnement en continu du convertisseur est réalisée.
Author: Farshid Sarrafin ardebili
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Book Description
Dans le but de gérer la consommation et ainsi que la production efficace des énergies renouvelables, l'utilisation et augmentation de l'efficacité des systèmes de conversion d'énergie est devenue indispensable. Dans ce contexte, les transistors en nitrure de gallium (GaN HFETs) pour une densité de puissance commutée très importante, offrent des nouvelles possibilités et ils tirent vers le haut la gestion efficace des énergies renouvelables. Toutefois, cette nouvelle possibilité passe par un pilotage efficace des composants et une encapsulation et des interconnexions optimales. Ces travaux de thèse étudient et analyse les avantages et inconvénients d'une nouvelle structure de conversion multi cellulaire et ceux d'un driver spécifique multivoies monolithique et synchronisé pour les composants GaN, appliqué dans ce contexte précis. Ce manuscrit de thèse est composé de quatre chapitres. Après une étude bibliographique, le positionnement du convertisseur DAB (Dual Active Bridge) parmi les autres structures de conversion DC à l'aide d'une nouvelle méthodologie de comparaison (FOM topologique - Figure de Mérite) est présenté dans le premier chapitre. Afin de diminuer les contraintes de conversion d'énergie, une étude est amenée dans le chapitre 2 sur les principaux défis et enjeux d'une solution générique à travers de réalisation d'un réseau de convertisseurs. Le chapitre 3 présente la partie importante d'expérimentation et d'optimisation de la cellule élémentaire à base de convertisseurs DAB des points de vue fonctionnels mais aussi et surtout structurels. L'étude de l'isolation galvanique de la structure de conversion DAB reste l'objectif principal à développer pour démontrer le potentiel de remplacer le transformateur par une isolation capacitive. La conception de la puce de commande dédiée aux nouveaux transistors GaNs, les résultats pratiques des performances sont présentés dans le dernier chapitre. Certaines comparaisons du driver QGD (Quad Gate Driver) avec les autres solutions de transfert d'ordres de commande sont également discutées. La mise en œuvre du circuit de commande dans un convertisseur DAB afin de valider le fonctionnement de QGD est introduite dans les perspectives.
Author: Joachim Piprek
Publisher: Elsevier
ISBN: 0080469787
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 296
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Book Description
Optoelectronics has become an important part of our lives. Wherever light is used to transmit information, tiny semiconductor devices are needed to transfer electrical current into optical signals and vice versa. Examples include light emitting diodes in radios and other appliances, photodetectors in elevator doors and digital cameras, and laser diodes that transmit phone calls through glass fibers. Such optoelectronic devices take advantage of sophisticated interactions between electrons and light. Nanometer scale semiconductor structures are often at the heart of modern optoelectronic devices. Their shrinking size and increasing complexity make computer simulation an important tool to design better devices that meet ever rising perfomance requirements. The current need to apply advanced design software in optoelectronics follows the trend observed in the 1980's with simulation software for silicon devices. Today, software for technology computer-aided design (TCAD) and electronic design automation (EDA) represents a fundamental part of the silicon industry. In optoelectronics, advanced commercial device software has emerged recently and it is expected to play an increasingly important role in the near future. This book will enable students, device engineers, and researchers to more effectively use advanced design software in optoelectronics. - Provides fundamental knowledge in semiconductor physics and in electromagnetics, while helping to understand and use advanced device simulation software - Demonstrates the combination of measurements and simulations in order to obtain realistic results and provides data on all required material parameters - Gives deep insight into the physics of state-of-the-art devices and helps to design and analyze of modern optoelectronic devices
Author: Ahmed Belasri
Publisher: Springer Nature
ISBN: 9811554447
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 659
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Book Description
This book highlights peer reviewed articles from the 1st International Conference on Renewable Energy and Energy Conversion, ICREEC 2019, held at Oran in Algeria. It presents recent advances, brings together researchers and professionals in the area and presents a platform to exchange ideas and establish opportunities for a sustainable future. Topics covered in this proceedings, but not limited to, are photovoltaic systems, bioenergy, laser and plasma technology, fluid and flow for energy, software for energy and impact of energy on the environment.
Author: Robert Perret
Publisher: John Wiley & Sons
ISBN: 1118623207
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 381
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Book Description
This book relates the recent developments in several key electrical engineering R&D labs, concentrating on power electronics switches and their use. The first sections deal with key power electronics technologies, MOSFETs and IGBTs, including series and parallel associations. The next section examines silicon carbide and its potentiality for power electronics applications and its present limitations. Then, a dedicated section presents the capacitors, key passive components in power electronics, followed by a modeling method allowing the stray inductances computation, necessary for the precise simulation of switching waveforms. Thermal behavior associated with power switches follows, and the last part proposes some interesting prospectives associated to Power Electronics integration.
Author: Alex Lidow
Publisher: John Wiley & Sons
ISBN: 1119594146
Category : Science
Languages : en
Pages : 389
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Book Description
An up-to-date, practical guide on upgrading from silicon to GaN, and how to use GaN transistors in power conversion systems design This updated, third edition of a popular book on GaN transistors for efficient power conversion has been substantially expanded to keep students and practicing power conversion engineers ahead of the learning curve in GaN technology advancements. Acknowledging that GaN transistors are not one-to-one replacements for the current MOSFET technology, this book serves as a practical guide for understanding basic GaN transistor construction, characteristics, and applications. Included are discussions on the fundamental physics of these power semiconductors, layout, and other circuit design considerations, as well as specific application examples demonstrating design techniques when employing GaN devices. GaN Transistors for Efficient Power Conversion, 3rd Edition brings key updates to the chapters of Driving GaN Transistors; Modeling, Simulation, and Measurement of GaN Transistors; DC-DC Power Conversion; Envelope Tracking; and Highly Resonant Wireless Energy Transfer. It also offers new chapters on Thermal Management, Multilevel Converters, and Lidar, and revises many others throughout. Written by leaders in the power semiconductor field and industry pioneers in GaN power transistor technology and applications Updated with 35% new material, including three new chapters on Thermal Management, Multilevel Converters, Wireless Power, and Lidar Features practical guidance on formulating specific circuit designs when constructing power conversion systems using GaN transistors A valuable resource for professional engineers, systems designers, and electrical engineering students who need to fully understand the state-of-the-art GaN Transistors for Efficient Power Conversion, 3rd Edition is an essential learning tool and reference guide that enables power conversion engineers to design energy-efficient, smaller, and more cost-effective products using GaN transistors.
Author: B. Jayant Baliga
Publisher: Springer
ISBN: 3319939882
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 1114
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Book Description
Fundamentals of Power Semiconductor Devices provides an in-depth treatment of the physics of operation of power semiconductor devices that are commonly used by the power electronics industry. Analytical models for explaining the operation of all power semiconductor devices are shown. The treatment here focuses on silicon devices but includes the unique attributes and design requirements for emerging silicon carbide devices. The book will appeal to practicing engineers in the power semiconductor device community.
