Contribution à la fiabilité des interrupteurs haute tension matriciels

Nowadays, power electronic equipment requirements are important, conceming performances, quality and reliability. On the other hand, costs have to be reduced in order to satisfy the market rules. To provide cheap, reliability and performances, many standard components with mass production aredeveloped. But the construction of specifie products must be considered following these two different points: in one band you can produce specifie components, with delay, overcost problems and eventuality quality and reliability problems, in the other and you can use standard components in a adapted topologies. The CEA of Pierrelatte has adopted this last technique of power electronic conception for the development ofthese high voltage pulsed power converters. The technique consists in using standard components and to associate them in series and in parallel. The matrix constitutes high voltage macro-switch where electrical parameters are distributed between the synchronized components. This study deals with the reliability of these structures. 1t brings up the high reliability aspect of MOSFETs matrix associations. Thanks to severa! homemade test facilities, we obtained lots of data concerning the components we use. The understanding of defects propagation mechanisms in matrix structures has allowed us to put forwards the necessity of robust drive system, adapted clamping voltage protection, and careful geometrical construction. Al! these reliability considerations in matrix associations have notably allowed the construction of a new matrix structure regrouping al! solutions insuring reliability. Reliable and robust, this product has already reaches the industrial stage.Aujourd'hui, les exigences des équipements d'électronique de puissance sont fortes, tant sur le plan des performances que sur celui de la qualité et de la fiabilité. Paradoxalement, les coûts doivent être de plus en plus réduits pour répondre aux lois du marché. Pour satisfaire à son attente de fiabilité et de performances bon marché, de nombreux composants très standard sont développés. Par contre, la réalisation de produits spécifiques se heurte au dilemme suivant : soit on fait produire les composants spéciaux, avec les problèmes de délai, de surcoût et éventuellement de qualité et de fiabilité, soit on utilise des composants standard dans une topologie adaptée. C'est cette dernière façon innovante de concevoir l'électronique de puissance qu'a adoptée le CEA de Pierrelatte pour le développement de ces convertisseurs impulsionnels haute tension. La technique consiste à utiliser des composants de grande série couramment utilisés et à les associer en grand nombre. Les structures matricielles réalisées constituent des macro interrupteurs haute tension où les paramètres électriques se répartissent entre les composants pilotés de façon synchronisée. Cette étude porte sur la fiabilité de ces structures. Elle a permis de mettre en évidence l'aspect fiabilisant des associations matricielles de MOSFETs. La réalisation de bancs de test nous a permis lors d'essais de réunir de nombreuses informations sur les composants que nous utilisons. La compréhension des mécanismes de propagation des défauts dans les structures matricielles nous a permis de mettre en avant la nécessité d'une commande robuste, de systèmes deprotection en tension bien adaptés, et d'une réalisation géométrique soignée. Toutes ces considérations de fiabilité dans les associations matricielles nous ont notamment permis la réalisation d'une nouvelle structure matricielle regroupant toutes les solutions assurant la fiabilité. Fiable etrobuste, ce produit a d'ors et déjà atteint le stade industriel

Small standard components strategy, twenty years later

International audienceIn 1999, a PCIM keynote paper entitled "Power switch: the standard small components strategy" is presented. This paper deals with the advantages of the association of small standard components instead of bigger ones and illustrates this purpose with high voltage high current very fast switches with small components associates in matrix. Twenty years later, some of these switches are still working. The goal of the presentation is to give some examples of realization, to list the key points of the technology, especially the use of MOSFET in avalanche mode, and the dimensioning. The conclusion focuses on some opportunities of using new standard components in avalanche mode

High voltage, high current thyristors matrix

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Contribution à la fiabilité des interrupteurs haute tension matriciels

Aujourd'hui, les exigences des équipements d'électronique de puissance sont fortes, tant sur le plan des performances que sur celui de la qualité et de la fiabilité. Paradoxalement, les coûts doivent être de plus en plus réduits pour répondre aux lois du marché. Pour satisfaire à son attente de fiabilité et de performances bon marché, de nombreux composants très standard sont développés. Par contre, la réalisation de produits spécifiques se heurte au dilemme suivant : soit on fait produire les composants spéciaux, avec les problèmes de délai, de surcoût et éventuellement de qualité et de fiabilité, soit on utilise des composants standard dans une typologie adaptée. C'est cette dernière façon innovante de concevoir l'électronique de puissance qu'a adoptée le CEA de Pierrelatte pour le développement de ces convertisseurs impulsionnels haute tension. La technique consiste à utiliser des composants de grande série couramment utilisés et à les associer en grand nombre. Les structures matricielles réalisées constituent des macro interrupteurs haute tension où les paramètres électriques se répartissent entre les composants pilotés de façon synchronisée. Cette étude porte sur la fiabilité de ces structures. Elle a permis de mettre en évidence l'aspect fiabilisant des associations matricielles de MOSFETs.AIX-MARSEILLE3-BU Sc.St Jérô (130552102) / SudocSudocFranceF

Component-evaluation facility for high current (200 A), short time (2µs) avalanche testing

International audienceThe new project for uranium enrichment SILVA (joint program CEA-COGEMA) needs specific power converters. These have been studied since 5 years by the Copper vapor laser Technology and Electrotechnique Laboratory of the C.E.A. in Pierrelatte. The aim of this laboratory consists in developing solid-state converters. In order to acquire a very good knowledge about components performances, tools were needed to characterize power components in extreme conditions. So a componentevaluation facility for high current short time avalanche testing has been created and is presented below

High voltage fast switches for nuclear applications

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CEM d'une alimentation impulsionnelle 25 KV / 1600 A Cpmmutant A 1 MV/µS: EMC of a 25 kV / 1600 A pulse power supply switching 1 MV/µs

International audienc

Banc de test de composants en avalanche a fort courant (200A) pendant des temps courts (2 µs)

International audienceLes besoins en alimentations de puissance, du nouveau projet d'enrichissement de l'uranium SILVA (Séparation Isotopique par Laser de la Vapeur Atomique d'uranium), sont à l'origine d'études menées depuis 5 ans au Laboratoire d'Electronique de Puissance du C.E.A. Pierrelatte pour remplacer les tubes dans les commutateurs haute tension. Les travaux ont concerné les alimentations de puissance avec commutations sous haute tension utilisant les structures de mise en série et mise en matrice de petits composants standards de puissance. Nous présentons ici une machine de test permettant de caractériser l'aptitude à l'écrêtage de composants (MOS, IGBT, diode) en régime extrême : jusqu'à 200 A durant 2 µs

Power switch : the standard small components strategy. From the state-of-the-art to future trends

International audienceIn France, one joint program between Commissariat à l'Energie Atomique (C.E.A.) for the research part and COGEMA for the industrial application is the development of the Uranium Vapor Laser Isotopic Separation (SILVA). The Power Electronic Laboratory from the C.E.A. in Pierrelatte is in charge of development on power supplies for Copper Vapor Lasers. For this specific application, the association of thousands of small standard components on printed circuit board is a cost-effective and reliable solution. We will explain why this solution is a costeffective and high-performance one for this application, as well as for industrial computer power supplies. Then we will set out some general rules. Moreover, we will see that, in our particular case, the serial connection of a large number of components provides a very high reliability without over-cost

Fiabilité des commutateurs 25 kV, 1600 A utilisant 3500 MOS

International audienceLes commutateurs haute tension rapides, utilisant les techniques de mise en série de composants de puissance, et développés par le CEA VALRHO et l'ESIM, ont aujourd'hui atteint une maturité industrielle avancée, puisque les cuves de commutation 25 kV 1600 A, utilisant 3500 MOS, ont cumulé environ 60.000 heures de fonctionnement. Des résultats très encourageants en terme de fiabilité et de coût sont dès à présent disponibles de façon concrète. Ces données, ainsi que les produits industriels développés sous licence par CENTRALP ENERTRONIC et les réalisations récentes du laboratoire, sont ici présentés