Thermo-mechanical stress of bonded wires used in high power modules with alternating and direct current modes

Today, power electronic reliability is a main subject of interest for many companies and laboratories. The main process leading to the IGBT failure is the cycling thermal stress. Indeed the current flow induce local heating and then mechanical stress. This paper deals with electro thermal stress under steady and transient current states. The main objective is to test bonded wires with active current cycle. Consequently, the thermo mechanical stress is obtained. A numerical 3D finite element model is presented and some experimental results are given. Indeed an infrared system monitors the temperature dispatching from an experimental test bench under active current cycle. The overall study is a first step before a global simulation (electrical thermal-mechanical) in order to optimize some geometric parameters of the packaging

Mechanical stress induced by electromagnetic forces on wire bonds of high power modules

This paper concerns the analytical determination and experimental characterization of electromagnetic forces exerted on high power IGBT wire bonds

Numerical modelling of a high temperature power module technology with SiC devices for high density power electronics

This paper presents the development of a new packaging technology using silicon carbide (SiC) power devices. These devices will be used in the next power electronic converters. They will provide higher densities, switching frequencies and operating temperature than current Si technologies. Thus the new designed packaging has to take into account such new constraints. The presented work tries to demonstrate the importance of packaging designs for the performance and reliability of integrated SiC power modules. In order to increase the integrated density in power modules, packaging technologies consisting of two stacked substrates with power devices and copper bumps soldered between them were proposed into two configurations. Silver sintering technique is used as die-attach material solution. In order to assess the assembling process and robustness of these packaging designs, the thermo-mechanical behaviour is studied using FEM modelling. Finally, some recommendations are made in order to choose the suitable design for reliable power module

Evaluation de la température des composants actifs de puissance

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

Contributions à l’optimisation fonctionnelle en électronique de puissance

Ce mémoire décrit les activités de recherche menées pour le développement, la mise en oeuvre et l’application de méthodes pour l’analyse, la modélisation, la simulation et le pilotage de systèmes mécatroniques. L’objectif recherché était l’optimisation fonctionnelle de ces systèmes, et notamment de l’électronique de puissance. Les études répondaient aux problématiques rencontrées en : — modélisation comportementale ; — pilotage et mesures ; — interactions multiphysiques ; — caractérisations expérimentales. Ces problématiques concernent les systèmes mettant en oeuvre des dispositifs d’électronique de puissance. Le socle méthodologique s’est appuyé sur : — la mise en oeuvre de modèles analytiques ; — la modélisation numérique ; — l’intégration en électronique de puissance ; — les mathématiques et l’automatique appliquées ; — les procédés de mise en oeuvre ; — le développement de bancs expérimentaux de caractérisation. Ainsi les questions de prédiction du comportement, d’optimisation des architectures et des choix technologiques, de validation du comportement lors du vieillissement, ainsi que du pilotage optimal du dispositif ont été abordées

Commande non-linéaire d'une machine asynchrone à double alimentation

Cette étude présente des stratégies linéaires et non-linéaires de contrôle appliquées à l'asservissement en vitesse d'une Machine Asynchrone à Double Alimentation (MADA) dont les enroulements statoriques et rotoriques sont reliés à des onduleurs de tensions à Modulation de Largeur d'Impulsion indépendants. Nous avons choisi de répartir les puissances actives entre le stator et le rotor suivant un certain rapport de proportionnalité. Cela nous conduit à garantir, en régime permanent, une répartition des pulsations statoriques et rotoriques. Cette répartition est assurée dans un premier temps par deux régulateurs de pulsations réparties, et dans un deuxième temps par le biais des angles de transformation directement. Nous développons ensuite deux modèles analytiques de la MADA : le premier exprime les courants, et le second les flux. Les simulations des stratégies de contrôle linéaire (contrôle vectoriel), et non-linéaire (contrôle par mode de glissement), démontrent un bon découplage entre l'axe magnétisant et l'axe du couple. Une validation expérimentale est présentée. Les premiers résultats expérimentaux montrent le bon contrôle de l'état magnétique de la machine, ainsi que la répartition des puissances désirées à travers les pulsations. ABSTRACT : This study deals with linear and non-linear control strategies applied to the rotation speed feedback of a doubly fed induction machine (DFIM), whose stator and rotor windings are connected to two Pulse Width Modulation voltage source inverters. We choose to distribute the active powers between the stator and the rotor following a certain proportionality ratio. This leads to guarantee, in steady state operation, a stator and rotor angular frequencies sharing. This distribution is initially assured by two shared angular frequencies controllers, and in a second time by the means of the Park transformation angles directly. Two models are established : the first express the currents, and the second is linked with the fluxes. The simulations results of the linear control (field oriented control), and non-linear control (sliding mode control), show a good independence between the main flux and the torque. An experimental validation is also presented. The results presented show the satisfactory DFIM flux control. Special attention is paid to the active power dispatching

Bond graph modeling for the simulation of an electromechanical chain

In complex multi-physic systems such as electromechanical chains, it is necessary to establish clear and simple simulation models. This need is linked to the increase of hardware in the loop (HIL) development processes. Indeed, this way of design complex systems allows to reduce development costs. However, HIL development efficiency is linked to the accuracy of models. Consequently, complex systems must be modeled using a comprehensive approach such as bond graphs leading to equations easily implementable on simulators. This paper proposes a model of a whole electromechanical chain including some nonlinearities of parameters leading to an accurate representation of real systems

Méthode de détection de défauts dans des modules l'électronique de puissance par analyse électromagnétique

National audienceCet article présente une méthodologie originale afin de détecter certains défauts au sein de structures d’électronique de puissance. Cette approche repose sur l’analyse électromagnétique et topologique de la structure de puissance. Elle est appliquée en vue de caractériser des mécanismes de défaillance clairement identifiés. La mise en oeuvre de cette méthodologie est décrite en détails, de la mise en place des modèles Utilisés pour réaliser des simulations prédictives, jusqu’à la comparaison à l’expérimentation. De plus, la validation de la démarche est étayée par son application à un démonstrateur test représentatif des modules de puissance. Enfin, les perspectives que laissent augurer cette méthodologie sont décrites

La mesure champ proche pour la surveillance du comportement des modules d’électronique de puissance

Cette étude présente l’intérêt de la conception de sondes champ proche et de leur intégration au sein de modules d’électronique de puissance. Des résultats d’expérimentation permettent des représentations temporelles et fréquentielles du champ normal rayonné. L’analyse et l’exploitation de ces représentations montrent comment utiliser ces mesures en vue d’une surveillance du module de puissance en fonctionnemen

Characterization of an integrated buck converter using infrared thermography

This study deals with new integrated systems for power electronics applications including wide-gap semiconductors. Integration of Silicon carbide (SiC) components provides for instance new perspectives with higher temperature operating points than conventional Silicon (Si) semiconductors. The present work intends to study an integrated buck converter composed of a Silicon IGBT (Insulated-Gate Bipolar Transistor) and a Silicon carbide diode. By means of infrared thermography, an analysis of the thermal disparities induced within such a hybrid assembly under various electrical loads is proposed, regarding especially the consequences of the electrical power transfer and the spatial distribution of the thermal field