Download or read book Caract risation mod lisation et int gration de JFET de puissance en carbure de silicium dans des convertisseurs haute temp rature et haute tension written by Rami Mousa and published by . This book was released on 2009 with total page 169 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Les systèmes d’électroniques de puissance ont grandement bénéficié du progrès révolutionnaire des composants de puissance en silicium (Si). Actuellement la quasi-totalité des applications d’électronique de puissance utilise des composants en Si. Les applications d’électroniques de puissance à haute température, haute tension et forte puissance sont de plus en plus croissantes et le silicium atteint ses limites. Le carbure de silicium (SiC) est un matériau semi-conducteur à large bande d’énergie interdite. Les propriétés électriques de ce matériau devancent celles du silicium, ce qui signifie qu’un composant en SiC présente de meilleures performances par rapport à son équivalent en silicium (Si). Les différents travaux à travers le monde démontrent un avenir prometteur pour le SiC dans la prochaine génération des composants de puissance. Le transistor JFET-SiC est l’interrupteur le plus avancé dans son développement technologique car il est au stade de la pré-commercialisation. Un modèle de type circuit pour les composants en SiC présente une extrême importance pour l’analyse et la conception de circuits de convertisseurs, en particulier, si une comparaison avec les composants en Si est établie. Le travail réalisé au cours de cette thèse, consiste à caractériser électriquement plusieurs versions de JFET-SiC pour des températures comprises entre 25°C et 225°C. Les caractérisations sont basées sur des mesures DC (Courant - Tension) en utilisant un traceur de caractéristiques, des mesures AC (Capacité - Tension) en utilisant un analyseur d’impédance et des mesures en commutation sur charge R-L (Résistive-Inductive). L’objectif est d’établir un modèle analytique du transistor JFET-SiCED. Ce modèle est basé sur l’analyse physique et comportementale du JFET en tenant compte de l’influence de la température et de la présence des deux canaux intrinsèques. Le modèle a été développé en langage VHDL-AMS et validé en régime statique ainsi qu’en dynamique en utilisant le simulateur SIMPLORER 7.0. La validation du modèle montre une excellente concordance entre les mesures et la simulation.

Download or read book Reconfigurable Gate Driver Toward High Power Efficiency and High Power Density Converters written by Mousa Karimi and published by . This book was released on 2022 with total page 0 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Les systèmes de gestion de l'énergie exigent des convertisseurs de puissance pour fournir une conversion de puissance adaptée à diverses utilisations. Il existe différents types de convertisseurs de puissance, tel que les amplificateurs de puissance de classe D, les demi-ponts, les ponts complets, les amplificateurs de puissance de classe E, les convertisseurs buck et dernièrement les convertisseurs boost. Prenons par exemple les dispositifs implantables, lorsque l'énergie est prélevée de la source principale, des convertisseurs de puissance buck ou boost sont nécessaires pour traiter l'énergie de l'entrée et fournir une énergie propre et adaptée aux différentes parties du système. D'autre part, dans les stations de charge des voitures électriques, les nouveaux téléphones portables, les stimulateurs neuronaux, etc., l'énergie sans fil a été utilisée pour assurer une alimentation à distance, et des amplificateurs de puissance de classe E sont développés pour accomplir cette tâche. Les amplificateurs de puissance de classe D sont un excellent choix pour les casques d'écoute ou les haut-parleurs en raison de leur grande efficacité. Dans le cas des interfaces de capteurs, les demi-ponts et les ponts complets sont les interfaces appropriées entre les systèmes à faible et à forte puissance. Dans les applications automobiles, l'interface du capteur reçoit le signal du côté puissance réduite et le transmet à un réseau du côté puissance élevée. En outre, l'interface du capteur doit recevoir un signal du côté haute puissance et le convertir vers la côté basse puissance. Tous les systèmes mentionnés ci-dessus nécessitent l'inclusion d'un pilote de porte spécifique dans les circuits, selon les applications. Les commandes de porte comprennent généralement un décalage du niveau de commande niveau supérieur, le levier de changement de niveau inférieur, une chaîne de tampon, un circuit de verrouillage sous tension, un circuit de temps mort, des portes logiques, un inverseur de Schmitt et un mécanisme de démarrage. Ces circuits sont nécessaires pour assurer le bon fonctionnement des systèmes de conversion de puissance. Un circuit d'attaque de porte reconfigurable prendrait en charge une vaste gamme de convertisseurs de puissance ayant une tension d'entrée V[indice IN] et un courant de sortie I[indice Load] variables. L'objectif de ce projet est d'étudier intensivement les causes de différentes pertes dans les convertisseurs de puissance et de proposer ensuite de nouveaux circuits et méthodologies dans les différents circuits des conducteurs de porte pour atteindre une conversion de puissance avec une haute efficacité et densité de puissance. Nous proposons dans cette thèse de nouveaux circuits de gestion des temps mort, un Shapeshifter de niveau plus élevé et un Shapeshifter de niveau inférieur avec de nouvelles topologies qui ont été pleinement caractérisées expérimentalement. De plus, l'équation mathématique du temps mort optimal pour les faces haute et basse d'un convertisseur buck est dérivée et expérimentalement prouvée. Les circuits intégrés personnalisés et les méthodologies proposées sont validés avec différents convertisseurs de puissance, tels que les convertisseurs semi-pont et en boucle ouverte, en utilisant des composants standard pour démontrer leur supériorité sur les solutions traditionnelles. Les principales contributions de cette recherche ont été présentées à sept conférences prestigieuses, trois articles évalués par des pairs, qui ont été publiés ou présentés, et une divulgation d'invention. Une contribution importante de ce travail recherche est la proposition d'un nouveau générateur actif CMOS intégré dédié de signaux sans chevauchement. Ce générateur a été fabriqué à l'aide de la technologie AMS de 0.35μm et consomme 16.8mW à partir d'une tension d'alimentation de 3.3V pour commander de manière appropriée les côtés bas et haut d'un demi-pont afin d'éliminer la propagation. La puce fabriquée est validée de façon expérimentale avec un demi-pont, qui a été mis en œuvre avec des composants disponibles sur le marché et qui contrôle une charge R-L. Les résultats des mesures montrent une réduction de 40% de la perte totale d'un demi-pont de 45V d'entrée à 1MHz par rapport au fonctionnement du demi-pont sans notre circuit intégré dédié. Le circuit principal du circuit d'attaque de grille côté haut est le décaleur de niveau, qui fournit un signal de grande amplitude pour le commutateur de puissance côté haut. Une nouvelle structure de décalage de niveau avec un délai de propagation minimal doit être présentée. Nous proposons une nouvelle topologie de décalage de niveau pour le côté haut des drivers de porte afin de produire des convertisseurs de puissance efficaces. Le SL présente des délais de propagation mesurés de 7.6ns. Les résultats mesurés montrent le fonctionnement du circuit présenté sur la plage de fréquence de 1MHz à 130MHz. Le circuit fabriqué consomme 31.5pW de puissance statique et 3.4pJ d'énergie par transition à 1kHz, V[indice DDL] = 0.8V , V[indice DDH] = 3.0V, et une charge capacitive C[indice L] = 0.1pF. La consommation énergétique totale mesurée par rapport à la charge capacitive de 0.1 à 100nF est indiquée. Un autre nouveau décalage vers le bas est proposé pour être utilisé sur le côté bas des pilotes de portes. Ce circuit est également nécessaire dans la partie Rx du réseau de bus de données pour recevoir le signal haute tension du réseau et délivrer un signal de faible amplitude à la partie basse tension. L'une des principales contributions de ces travaux est la proposition d'un modèle de référence pour l'abaissement de niveau à puissance unique reconfigurable. Le circuit proposé pilote avec succès une gamme de charges capacitives allant de 10fF à 350pF. Le circuit présenté consomme des puissances statiques et dynamiques de 62.37pW et 108.9μW, respectivement, à partir d'une alimentation de 3.3V lorsqu'il fonctionne à 1MHz et pilote une charge capacitive de 10pF. Les résultats de la simulation post-layout montrent que les délais de propagation de chute et de montée dans les trois configurations sont respectivement de l'ordre de 0.54 à 26.5ns et de 11.2 à 117.2ns. La puce occupe une surface de 80μm × 100μm. En effet, les temps morts des côtés hauts et bas varient en raison de la différence de fonctionnement des commutateurs de puissance côté haut et côté bas, qui sont respectivement en commutation dure et douce. Par conséquent, un générateur de temps mort reconfigurable asymétrique doit être ajouté aux pilotes de portes traditionnelles pour obtenir une conversion efficace. Notamment, le temps mort asymétrique optimal pour les côtés hauts et bas des convertisseurs de puissance à base de Gan doit être fourni par un circuit de commande de grille reconfigurable pour obtenir une conception efficace. Le temps mort optimal pour les convertisseurs de puissance dépend de la topologie. Une autre contribution importante de ce travail est la dérivation d'une équation précise du temps mort optimal pour un convertisseur buck. Le générateur de temps mort asymétrique reconfigurable fabriqué sur mesure est connecté à un convertisseur buck pour valider le fonctionnement du circuit proposé et l'équation dérivée. De plus le rendement d'un convertisseur buck typique avec T[indice DLH] minimum et T[indice DHL] optimal (basé sur l'équation dérivée) à I[indice Load] = 25mA est amélioré de 12% par rapport à un convertisseur avec un temps mort fixe de T[indice DLH] = T[indice DHL] = 12ns.

Download or read book Mod lisation et Simulation Spice des Composants de Puissance written by Lotfi Messaadi and published by Univ Europeenne. This book was released on 2016-07-07 with total page 148 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Le carbure de silicium (SiC) est un materiau semi-conducteur a large bande d'energie interdite. Ce materiau possede des caracteristiques en temperature et une tenue aux champs electriques bien superieures a celles du silicium. Les dispositifs a base de ce materiau (SiC) sont bien adaptes pour fonctionner dans des environnements a haute temperature, haute puissance, haute tension et haute radiation. Ces caracteristiques permettent des ameliorations significatives dans une grande variete d'applications et de systemes de puissance. Dans ce travail on presente des etudes analytiques comparatives des modeles des composants a semi-conducteurs en SiC, ainsi que les principales caracteristiques statiques, dynamiques, et thermiques des meilleurs composants comme SiC-JFET, SiC diode Schottky et le SiC-MOSFET, de puissance commercialises de different constructeurs en raison d'elaborer un plan de choix guidant les concepteurs des circuits d'electronique de puissance de selectionner le composant le plus adapte a leur cahier de charge selon leurs objectifs et selon les performances de leurs convertisseurs de puissance.

Download or read book Analyse et mod lisation du JFET de puissance en carbure de silicium en r gime statique written by Elena Ivanova Dimitrova-Frey and published by . This book was released on 2006 with total page 196 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Actuellement, les systèmes à base de composants de puissance connaissent un fort développement dans le domaine des hautes tensions et des hautes températures. Le carbure de silicium (SiC) semble un matériau très prometteur pour remplir ces critères. Dans ce cadre, nous nous sommes concentrés sur l’analyse de composants de puissance, notamment les transistors JFET ainsi que leurs protections périphériques. Dans les gammes de tension envisagées, les composants seront de type verticaux afin d’assurer la tenue en tension. Le but de la thèse est d’améliorer la compréhension des phénomènes qui régissent le fonctionnement de ces composants. Leur structure présente la particularité de comporter deux canaux distincts : un canal vertical et un canal horizontal. On cherche donc à analyser leur fonctionnement interne afin d’optimiser leurs caractéristiques à l’état passant et plus particulièrement le pincement du canal, les lignes de courant et les équipotentielles. Pour cela, nous avons mis en œuvre un logiciel de simulation éléments finis (MediciTMA) afin d’étudier les caractéristiques de ces composants et d’observer l’influence des différents paramètres qui les définissent, qu’ils soient géométriques ou physiques (dopage des différentes zones). Nous avons développé un modèle analytique permettant de prédéterminer les caractéristiques statiques de ces transistors afin d’aider à leur conception. Ensuite nous allons comparer nos résultats avec les caractéristiques réelles des JFET fabriqués par la société SiCED qui présentent également deux canaux et les modélisations analytiques associées. Dans la dernière partie nous avons étudié la tenue en tension des composants SiC verticaux. Celle-ci se fait non seulement dans le volume mais également en périphérie sur la face supérieure de la puce. La structure de protection périphérique que nous avons plus particulièrement étudiée est de type JTE (Junction Termination Extension). Nous avons analysé l’influence de la largeur de la JTE et surtout son dopage afin d’obtenir la tenue en tension maximale. En conclusion, cette thèse permet d’améliorer la connaissance de l’influence des différents paramètres de conception sur le comportement du JFET à deux canaux, que ce soit à l’état bloqué (JTE) ou à l’état passant. Pour cela un modèle analytique a été développé qui permet une aide à la conception, mais aussi de mieux prédéterminer les pertes dans ces composants.