Intégration des fonctions de protection avec les dispositifs IGBT - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2010

Intégration des fonctions de protection avec les dispositifs IGBT

Résumé

Reliability and availability of systems energy management are the basic conditions for the spread of electrical solutions in many applications. Power devices must perform not only in normal but also in extreme regimes, such as during short circuits. For this, power switches are combined in a discrete manner to systems of detection and protection. A solution to improve the reliability of the devices is to integrate monolithically within a single chip, the switch and the functions of detection and protection. These devices exploit the integrated electrical interactions that occur in the chip to detect the failure and thus stop it. The power switch is protected and recovered in conduction when the failure is corrected. The power components are able to protect themselves during a failure. The objective of this thesis is to propose solutions for integrating protection and detection functions with IGBT devices to increase the reliability and availability of power systems. We focus on two different detection functions : the current mirror ("Sense") and the sensor anode (anode voltage sensor) to detect short circuits. These two sensors have been studied using 2D simulation and technological achievements. A detection circuit and IGBT protection against short circuits, including the anode voltage sensor monolithically integrated is proposed and simulated. The electrical testing of the sensors in static allow a better understanding of their behavior. Finally, the IGBT associated with its detection and protection is tested in hybrid under short-circuit to validate the operation.
La fiabilité et la disponibilité des systèmes de gestion de l'énergie sont les conditions de base pour la généralisation de solutions électriques dans de nombreuses applications. Les dispositifs de puissance doivent être performants non seulement en régime normal, mais aussi en régimes extrêmes, par exemple lors des courts-circuits. Pour cela, les interrupteurs de puissance sont associés de façon discrète à des systèmes de détection et de protection. Une solution pour améliorer la fiabilité des dispositifs consiste à intégrer monolithiquement, au sein d'une même puce, l'interrupteur et les fonctions de détection et de protection. Ces dispositifs intégrés exploitent les interactions électriques qui apparaissent dans la puce pour détecter la défaillance et ainsi la stopper. L'interrupteur de puissance est ainsi protégé et se remet en conduction une fois la défaillance corrigée. Les composants de puissance seront ainsi capables de se protéger lors d'une défaillance. L'objectif de cette thèse est de proposer des solutions d'intégration de fonctions de protection et de diagnostic rapprochées avec les dispositifs IGBT afin d'augmenter la fiabilité et la disponibilité des systèmes de puissance. Les fonctions de protection sur lesquelles nous nous sommes focalisés sont le miroir de courant ("Sense") et le capteur d'anode ("Capteur de Tension d'Anode") pour détecter les courts-circuits. Ces deux capteurs ont été étudiés à l'aide de simulation 2D puis réalisés technologiquement. Un circuit de détection et de protection des IGBT contre les courts-circuits, comprenant le capteur de tension d'anode intégré monolithiquement, est proposé et simulé. Les tests électriques des capteurs en mode statique permettent de mieux comprendre leur comportement. Enfin, l'interrupteur IGBT associé à ses fonctions de détection et de protection est testé de manière discrète dans un circuit de commutation en condition de court-circuit afin de valider le fonctionnement.
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Dates et versions

tel-00564270 , version 1 (08-02-2011)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00564270 , version 1

Citer

Julie Legal. Intégration des fonctions de protection avec les dispositifs IGBT. Micro et nanotechnologies/Microélectronique. Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2010. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00564270⟩
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