Archive : sujet non disponible

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Titre de la thèse : Conception d'un module d'électronique de puissance pour applications très
haute tension
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Domaine scientifique : Électronique de puissance, thermique, matériaux pour le génie
électrique
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Mots clefs : packaging, gestion thermique, tenue diélectrique
Présentation ITE Supergrid :
Supergrid Institute est un ITE (Institut de Transition Energétique) dont l’objectif principal est de
travailler sur les réseaux de transport d’électricité à base de courant continu « DC grid ». Cette
ITE est une société de type SAS avec des partenaires privés et académiques comme
actionnaires :
Supergrid est organisé en cinq grands programmes de recherche :
- Architecture, operation et pilotage des réseaux DC
- Equipements pour la mesure et la coupure
- Equipements pour la conversion DC et électronique de puissance
- Cables et lignes
- Ressources pour la stabilisation et le stockage
Le programme 3 “Equipements pour la conversion DC et électronique de puissance” a pour
principal objectif de développer les architectures (topologie et contrôle) des convertisseursde
puissance ACDC et DCDC du megawatt au gigawatt (MVDC & HVDC) pour les besoins des
applications réseaux DC, génération d’énergie électrique et chaînes de traction. Le programme
3 développera aussi les technologies nécessaires pour l’étude et la réalisation de ces
convertisseurs : transformateurs moyenne fréquence, composants semi-conducteur en Carbure
de Silicium (SiC), chaîne de conception multi-physique pour l’étude et la conception des
convertisseurs et packaging-intégration des différents composants. Le sujet de thèse proposé
rentre dans le cadre du programme 3.
Contexte scientifique :
Les modules de puissance actuels, basés sur des transistors IGBT en silicium, peuvent
supporter des tensions allant jusqu'à 6,5 kV. Le développement actuel de la technologie SiC
(carbure de silicium) permet d'envisager l'utilisation de transistors supportant une tension
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supérieure (10 kV ou plus). Il devient alors nécessaire d'adapter l'environnement immédiat des
transistors (leur packaging) à cette tension plus importante.
De plus, s'ils permettent en théorie de réduire les pertes de conversion, ces transistors SiC sont
plus petits et vont donc être le siège d'une forte densité de puissance dissipée (de l'ordre de
300 W/cm²). Il faut donc améliorer les performances de refroidissement du packaging, pour que
la température des puces reste raisonnable.
Enfin, les composants SiC sont intrinsèquement plus rapides que les IGBT silicium. Cette
rapidité permet de réduire les pertes en commutation. Malheureusement, les solutions de
packaging existantes, du fait de leurs dimensions, introduisent des inductances parasites
importantes (de l'ordre de la centaine de nanohenrys), qui limitent la vitesse de commutation
des transistors.
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Objectifs de la thèse, verrous scientifiques et contributions originales attendues :
Cette thèse vise à :
• évaluer les limites théoriques de la technologie de modules de puissance actuelle, pour
définir le compromis tenue en tension/performance thermique/inductance parasite.
• Identifier les éléments limitants de la technologie actuelle
• Étudier un ou plusieurs de ces éléments pour proposer des solutions alternatives. Cela
comprend la recherche de solutions alternatives et le développement et l'utilisation de
bancs expérimentaux pour évaluer les différentes solutions.
Programme de recherche et démarche scientifique proposée :
La démarche proposée est une démarche classique : identification du problème, étude
bibliographique, recherche de solutions nouvelles ou adaptation de solutions existantes, calculs
analytiques pour le pré-dimensionnement, simulations, mise en œuvre et validation
expérimentale.
Encadrement
scientifique,
intégration
au
sein
du
laboratoire
(Département/Equipe(s) impliquée(s)), collaboration(s)/partenariat(s) extérieur(s) :
Laboratoire Ampère UMR CNRS 5005 http://www.ampere-lab.fr/
◦
Département Énergie Électrique (EE)
Équipe Électronique de Puissance et Intégration (EPI)
▪
Cyril Buttay
[email protected]
▪
Hervé Morel
[email protected]
ITE Supergrid Institute
▪
Michel Mermet-Guyennet [email protected]
Profil du candidat recherché :
Le candidat devra posséder une formation en génie électrique, avec la volonté d'élargir son
spectre de compétences vers les domaines comme les technologies de fabrication de
l'électronique, les matériaux, ou la thermique.
Compétences qui seront développées au cours de la thèse et perspectives
professionnelles :
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La thèse sera l'occasion de développer des compétences dans le domaine de l'électronique de
puissance. Les aspects packaging font à l'heure actuelle l'objet de développements importants,
que ce soit dans le domaine de la haute tension comme dans tous les autres domaines
d'application de l'électronique de puissance (automobile, industrie, aéronautique, ferroviaire...).
La maîtrise de ce sujet, à mi-chemin entre le génie électrique, la thermique et la science des
matériaux est donc recherchée par les industriels.
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Références bibliographiques sur le sujet de thèse :
Buttay, C. Modules et boîtiers de puissance (packaging) Techniques de l'ingénieur, Éditions T.I.,
2010, D3 116, 18
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