Article interactif

1 - PROBLÉMATIQUE DE LA MESURE DE TEMPÉRATURE DES COMPOSANTS SEMI-CONDUCTEURS DE PUISSANCE

2 - CARACTÉRISATION THERMIQUE DES MODULES DE PUISSANCE AVEC DES PARAMÈTRES THERMOSENSIBLES

3 - MESURE DE LA TEMPÉRATURE DANS DES CONDITIONS OPÉRATIVES

4 - CONCLUSION

  • 4.1 - PETS conventionnels
  • 4.2 - Intégration de capteurs
  • 4.3 - Vers des PETS adaptés aux conditions opératives

5 - SIGLES, NOTATIONS ET SYMBOLES

Article de référence | Réf : D3114 v1

Évaluation de la température des composants actifs de puissance

Auteur(s) : Laurent DUPONT, Yvan AVENAS, Paul Étienne VIDAL

Relu et validé le 26 avr. 2021

Cet article offert jusqu'au 25/04/2024
Consulter en libre accès

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !

Sommaire

Présentation

RÉSUMÉ

Les performances et la durée de vie des convertisseurs statiques d’énergie électrique sont liées à la température des composants actifs de puissance. Dans cet article, la définition de cette température et des méthodes pour la mesurer sont expliquées avant de détailler leurs usages pour caractériser les performances thermiques des modules de puissance. Enfin, seront présentées les solutions existantes et en cours de développement pour effectuer des mesures de température de jonction pendant le fonctionnement d’un convertisseur.

Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.

Lire l’article

ABSTRACT

Evaluation of Power Semiconductors Temperature

The temperature of power semi-conductor devices is critical in the design of power converters, and ensures their proper functioning. In this article, the definition of junction temperature and the different experimental methodologies for its estimation are first addressed. A description and an evaluation of their use to characterize thermal performance of power modules are then given. Finally, existing and innovative solutions for measuring the junction temperature in on-line conditions are presented.

Auteur(s)

  • Laurent DUPONT : Chargé de recherche - SATIE (UMR 8029), IFSTTAR, CNRS, ENS Cachan, CNAM, Université Cergy-Pontoise, Université Paris-Sud, ENS Rennes, Versailles, France

  • Yvan AVENAS : Maître de Conférences - Laboratoire de Génie Électrique de Grenoble (UMR 5269), Institut Polytechnique de Grenoble, Université Grenoble-Alpes, CNRS, Grenoble, France

  • Paul Étienne VIDAL : Maître de Conférences - Laboratoire Génie de Production, École Nationale d’Ingénieurs de Tarbes, Université Fédérale Toulouse Midi Pyrénées – Institut National Polytechnique de Toulouse, Toulouse, France

INTRODUCTION

La température des composants à semi-conducteurs de puissance est une grandeur physique qui affecte la fiabilité et le bon fonctionnement des convertisseurs statiques d’énergie électrique. Sa prise en compte est nécessaire pour satisfaire les attentes en termes de performances, de fiabilité et de durée de vie. En effet, le calibre opérationnel en courant d’un composant de puissance dans son environnement est lié à la température atteinte par la partie active en relation avec les conditions d’usage et les performances de son système de refroidissement. Ainsi, si ce dernier n’est pas suffisamment performant, le calibre en courant communiqué par le constructeur ne peut pas être atteint car, dans ce cas, la température du composant dépasse sa valeur maximale admissible. Par ailleurs, les composants voient leur température varier au cours de leur fonctionnement. En dehors des effets induits par les mécanismes d’endommagement dus au vieillissement, ces variations sont dues à plusieurs phénomènes d’origines environnementales ou opérationnelles ayant des échelles de temps distinctes :

  • variation de la température ambiante (cycles jour/nuit, été/hiver, altitude basse et haute…) ;

  • variation de la puissance dissipée liée au profil de mission (phases d’accélération de décélération par exemple dans le cas du transport) ;

  • variation de la puissance dissipée au cours d’une période de fonctionnement électrique. C’est par exemple le cas dans les onduleurs où les composants intégrés subissent des variations périodiques de leur température dont l’amplitude dépend du point de fonctionnement du système ;

  • variation de la puissance dissipée et de sa distribution dans la structure interne du composant sur une période de commutation.

Chacune de ces variations génère des contraintes électrothermiques et thermomécaniques pouvant se traduire par un vieillissement prématuré de l’assemblage des matériaux hétérogènes qui composent un module de puissance. La connaissance ou l’estimation des variations de température liées à une application et aux choix technologiques permet par exemple d’estimer des indicateurs qui rendent compte de l’intégrité du module à semi-conducteur de puissance, mais aussi de quantifier ses performances.

Dans cet article, nous définirons dans un premier temps la notion de température de jonction de la partie active puis nous expliquerons pourquoi il est nécessaire de mettre au point des méthodes expérimentales pour la mesurer. Dans un deuxième temps, nous présenterons les principales méthodes de mesure de la température de jonction pour caractériser notamment les performances thermiques des modules de puissance. Enfin, nous présenterons les solutions existantes et en cours de développement pour effectuer des mesures de température de jonction dans les conditions d’usage d’un convertisseur.

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 94% à découvrir.

Cet article offert jusqu'au 25/04/2024
Consulter en libre accès

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

KEYWORDS

energy conversion   |   power semiconductors   |   junction temperature   |   thermal performances

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-d3114


Cet article fait partie de l’offre

Conversion de l'énergie électrique

(275 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 94% à découvrir.

Cet article offert jusqu'au 25/04/2024
Consulter en libre accès

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

TEST DE VALIDATION ET CERTIFICATION CerT.I. :

Cet article vous permet de préparer une certification CerT.I.

Le test de validation des connaissances pour obtenir cette certification de Techniques de l’Ingénieur est disponible dans le module CerT.I.

Obtenez CerT.I., la certification
de Techniques de l’Ingénieur !
Acheter le module

Cet article fait partie de l’offre

Conversion de l'énergie électrique

(275 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Sommaire
Sommaire

BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - YANG (Y.), WANG (H.), BLAABJERG (F.), MA (K.) -   Mission profile based multi-disciplinary analysis of power modules in single-phase transformerless photovoltaic inverters,  -  15th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE), Lille, 2013, pp. 1-10 (2013).

  • (2) - BOUARROUDJ-BERKANI (M.) -   Étude de la fatigue thermo-mécanique de modules électroniques de puissance en ambiance de températures élevées pour des applications de traction de véhicules électriques et hybrides,  -  Thèse, École normale supérieure de Cachan-ENS Cachan (2008).

  • (3) - KOCINIEWSKI (T.), MOUSSODJI (J.), KHATIR (Z.) -   Temperature mapping by μ-Raman spectroscopy over cross-section area of power diode in forward biased conditions,  -  Microelectron. Reliab., vol. 55, no 3-4, p. 547-551, févr. 2015.

  • (4) - TRAN (S.H.), DUPONT (L.), KHATIR (Z.) -   Solder void position and size effects on electro thermal behaviour of MOSFET transistors in forward bias conditions,  -  Microelectron. Reliab., vol. 54, no 9-10, p. 1921-1926, sept. 2014.

  • ...

1 Événements

HAUT DE PAGE

2 Normes et standards

IEC 60747-15 - 2010 - Semiconductor devices – Discrete devices – Part 15 Isolated power semiconductor devices

HAUT DE PAGE

3 Annuaire

Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)

Groupement de Recherche SEEDS (Systèmes d’Énergie Électrique dans leur Dimension Sociétale) du CNRS http://seeds.cnrs.fr

Laboratoires – Bureaux d’études – Écoles – Centres de recherche (liste non exhaustive)

Ampère (Lyon) http://www.ampere-lab.fr/

FEMTO-ST (Belfort) http://www.femto-st.fr

GPM (Rouen) http://gpm.labos.univ-rouen.fr/

GREEN (Nancy) http://green.univ-lorraine.fr/

GREMAN (Tours) http://greman.univ-tours. fr/

G2Elab (Grenoble) http://www.g2elab.grenoble-inp.fr/

IES (Montpellier) http://www.ies.univ-montp2.fr/

IMS (Bordeaux) http://www.ims-bordeaux.fr/...

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 95% à découvrir.

Cet article offert jusqu'au 25/04/2024
Consulter en libre accès

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

Cet article fait partie de l’offre

Conversion de l'énergie électrique

(275 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Sommaire

QUIZ ET TEST DE VALIDATION PRÉSENTS DANS CET ARTICLE

1/ Quiz d'entraînement

Entraînez vous autant que vous le voulez avec les quiz d'entraînement.

2/ Test de validation

Lorsque vous êtes prêt, vous passez le test de validation. Vous avez deux passages possibles dans un laps de temps de 30 jours.

Entre les deux essais, vous pouvez consulter l’article et réutiliser les quiz d'entraînement pour progresser. L’attestation vous est délivrée pour un score minimum de 70 %.


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

Cet article fait partie de l’offre

Conversion de l'énergie électrique

(275 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS