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1. Aging and failure mechanisms of SiC Power MOSFETs under repetitive short- circuit pulses of different duration

Author: Fayyaz, A, Boige, F., Borghese, A, Guibaud, G, Chazal, V., Castellazzi, A, Richardeau, F., Irace, A., Faculty of Engineering [Nottingham], University of Nottingham, UK (UON), Université de Nottingham - PEMCG, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), University of Toulouse, LAboratoire PLasma et Conversion d'Energie (LAPLACE), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Frederico II University, THALES COMMUNICATIONS & SECURITY, THALES, Kyoto University Advanced Science (KUAS), Convertisseurs Statiques (LAPLACE-CS), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Department of Electronics and Telecommunication Engineering, Università degli studi di Napoli Federico II, Universita Frederico II, Convertisseurs Statiques (CS), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), and Richardeau, Frédéric
Subjects: switching cells. I, P-IGBT, monolithic integration, [SPI.NANO] Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, N-VDMOS, power conversion, [SPI.NRJ]Engineering Sciences [physics]/Electric power, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, [SPI.NRJ] Engineering Sciences [physics]/Electric power
Abstract: International audience; With relevance to their short-circuit (SC) failure mode, silicon carbide (SiC) power MOSFETs can be broadly grouped into two main categories: Fail-To-Open (FTO) and Fail-To-Short (FTS). The two different behaviors are exemplified in the results of Fig. 1 a): the former involves a short circuit between the gate and source terminals, which effectively shuts-down the device; the latter features current thermal runaway and collapse of the drain-source voltage, VDS. The specific failure signature is extremely relevant from an application perspective, with a clear preference for FTO type devices, since FTS has the twofold negative implication of discharging any energy storage components (e.g., capacitors) connected to the switches, with oftentimes explosion-like characteristics, and of loss of functionality of a whole module in the case of parallel multi-chip architectures. A study conducted on a number of 1.2 kV-rated commercial devices has produced the results summarized in Fig.
Published: 2019

2. Circuit-type modelling of SiC power Mosfet in short-circuit operation including selective fail-to-open and fail-to-short modes competition

Author: François Boige, Frédéric Richardeau, Convertisseurs Statiques (CS), LAboratoire PLasma et Conversion d'Energie (LAPLACE), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), University of Toulouse, France, University of Toulouse, Pagès, Nathalie, Convertisseurs Statiques (LAPLACE-CS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), and Université de Toulouse (Université de Toulouse)
Subjects: Materials science, 02 engineering and technology, Type (model theory), 01 natural sciences, Competition (economics), 0103 physical sciences, MOSFET, 0202 electrical engineering, electronic engineering, information engineering, Electronic engineering, Electrical and Electronic Engineering, Power MOSFET, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Safety, Risk, Reliability and Quality, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, 010302 applied physics, 020208 electrical & electronic engineering, [SPI.NRJ]Engineering Sciences [physics]/Electric power, Condensed Matter Physics, Chip, Atomic and Molecular Physics, and Optics, Surfaces, Coatings and Films, Electronic, Optical and Magnetic Materials, Junction temperature, Failure mode and effects analysis, Short circuit, [SPI.NRJ] Engineering Sciences [physics]/Electric power
Abstract: International audience; SiC Mosfet has very unique properties in extreme operation such as a well-known fail-to-short failure mode but in competition with a lesser known fail-to-open failure mode. These two modes are generally studied and modelled separately, whereas, in practice, they are coupled with the junction temperature of the chip. This paper presents a circuit-type modelling approach of these two modes simultaneously. This modelling allows to simulate the selectivity and competition between these two modes, one is clearly critical and the other is advantageously safe. The proposed model is then compared with short-circuit test of 1.2kV-80m MOSFET SiC.
Published: 2019
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3. Short-circuit robustness of parallel SiC MOSFETs and fail-safe mode strategy

Author: Alberto Castellazzi, Asad Fayyaz, Frédéric Richardeau, Sebastien Vinnac, François Boige, Convertisseurs Statiques (CS), LAboratoire PLasma et Conversion d'Energie (LAPLACE), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), University of Toulouse, Power Electronics Machines and Control (PEMC) Group, University of Nottingham, UK (UON), Faculty of Engineering [Nottingham], ENSEEIHT, Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Convertisseurs Statiques (LAPLACE-CS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Subjects: Wide bandgap devices, Silicon, Computer science, 020209 energy, chemistry.chemical_element, 02 engineering and technology, Hardware_PERFORMANCEANDRELIABILITY, Short-circuit, Material technology, Silicon carbide (SiC), law.invention, chemistry.chemical_compound, law, Robustness (computer science), 0202 electrical engineering, electronic engineering, information engineering, Silicon carbide, Electronic engineering, Hardware_INTEGRATEDCIRCUITS, Power MOSFET, Robustness, 020208 electrical & electronic engineering, Transistor, [SPI.NRJ]Engineering Sciences [physics]/Electric power, chemistry, Fail-safe, Parallel Operation, Short circuit
Abstract: International audience; Silicon carbide (SiC) power MOSFETs exhibit some key differences compared with Silicon (Si) MOSFETs and IGBTs. In particular, both their intrinsic (i.e., material technology related) and extrinsic (i.e., device generation related) features-set implies, on the one hand, higher stress levels of the single chip during a short-circuit and, on the other hand, a greater spread in the value of some of the main electro-thermal parameters affecting the transistor performance during this stressful transient event. Thus, this paper proposes a thorough experimental analysis of the short-circuit robustness of parallel connected SiC Power MOSFETs, taking into account the actual distribution in their parameters. The overall aim is twofold: producing de-rating guidelines for multi-chip structures and developing validated strategies for ensuring new and original soft-fail (or fail-safe) modalities in the application, as a result of both single and repetitive pulse degradation.
Published: 2019

4. Monolithic asymmetric switching cells integrated on vertical multi-terminal Si power chips

Author: Frédéric Richardeau, Adem Lale, A. Bourennane, Équipe Intégration de Systèmes de Gestion de l'Énergie (LAAS-ISGE), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Convertisseurs Statiques (CS), LAboratoire PLasma et Conversion d'Energie (LAPLACE), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Convertisseurs Statiques (LAPLACE-CS), IRT Saint Exupéry - Institut de Recherche Technologique, Richardeau, Frédéric, Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), and Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Subjects: Power management, business.industry, Computer science, 020209 energy, 020208 electrical & electronic engineering, [SPI.NRJ]Engineering Sciences [physics]/Electric power, Electrical engineering, 02 engineering and technology, Insulated-gate bipolar transistor, Decoupling capacitor, 7. Clean energy, Manufacturing cost, law.invention, Capacitor, Reliability (semiconductor), law, Power module, 0202 electrical engineering, electronic engineering, information engineering, Power semiconductor device, business, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, [SPI.NRJ] Engineering Sciences [physics]/Electric power
Abstract: International audience; Power electronic converters (power modules) are essential devices for high efficient power management. Applications are ever more demanding in terms of compactness, reliability and cost reduction with increased intrinsic performance. The current technology of standard power modules, that use IGBT chips, is reaching its limits and the margins for improvement do not allow to meet the short-term emerging needs. Indeed, in a standardpower module, each switching cell requires the manufacture of two chips and two wirebonds for interconnections. Each wirebond is a source of stray inductance and constitutes a limiting factor of electrical performance, a source of an increase in the level of electrical stress and of reliability problems. It is customary to place a decoupling capacitor on the power supply terminals of the switching cell. This capacitor makes it possible to compensate the stray inductance prior to the switching cell but itdoesn’t compensate in any way the stray inductance within the switching cell. This paper proposes for the first time a concept of an ultimate monolithic wire-bondless switching cell that allows to suppress the wirebonds within the switching cell and therefore minimize the stray inductance value. Consequently, it is suited for the emerging applications requiring to achieve simultaneously: reliability, compactness, intrinsic performance and reduced manufacturing cost.
Published: 2019

5. Etude de la robustesse et exploitation des défaillances de MOSFETs SiC 1200V en régime extrême de court-circuit

Author: Boige, François, RICHARDEAU, Frédéric, Convertisseurs Statiques (LAPLACE-CS), LAboratoire PLasma et Conversion d'Energie (LAPLACE), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, National Council for Scientific Research = Conseil national de la recherche scientifique du Liban [Lebanon] (CNRS-L), IRT Saint Exupéry - Institut de Recherche Technologique, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Convertisseurs Statiques (CS), Conseil national de la recherche scientifique (CNRS), Conseil National de la Recherche Scientifique (Liban) (CNRS-L), and Université de Toulouse (Université de Toulouse)
Subjects: [SPI.NRJ]Engineering Sciences [physics]/Electric power, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract: National audience
Published: 2019

6. Sub-nanosecond delay CMOS Active Gate Driver for Closed-Loop dv/dt Control of GaN Transistors

Author: Plinio, Bau, Cousineau, Marc, Cogo, Bernardo, RICHARDEAU, Frédéric, Sébastien, Vinnac, Flumian, Didier, Rouger, Nicolas, Convertisseurs Statiques (CS), LAboratoire PLasma et Conversion d'Energie (LAPLACE), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, IRT Saint Exupéry - Institut de Recherche Technologique, and Convertisseurs Statiques (LAPLACE-CS)
Subjects: [SPI.NRJ]Engineering Sciences [physics]/Electric power, Hardware_INTEGRATEDCIRCUITS, Hardware_PERFORMANCEANDRELIABILITY, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract: International audience; This paper presents an AGD (active gate driver) implemented with a low voltage CMOS technology to control the dv/dt sequence of low voltage (100V) and high voltage (650V) GaN power transistors. Such an AGD can control and reduce the dv/dt of fast switching GaN devices with a reduced impact on switching losses. In the case of both low voltage and high voltage GaN fast switching transistors, such an AGD must have a total response time lower than 1ns. Therefore, introducing a feedback loop to control the dv/dt requires a specific design with a very high bandwidth (550MHz). Moreover, probing the vDS voltage and its derivative is quite challenging, as the voltage level is higher than the low voltage gate driver supply. The purpose of this work is to optimize a low voltage CMOS AGD with fully integrated functions, and implement such a solution in GaN-based power converters. Keywords-Active gate driver, GaN, switching analysis, dv/dt, EMI, power electronics, ASIC for power ic.
Published: 2019
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7. 3D-FE electro-thermo-magnetic modeling of automotive power electronic modules -Wire- bonding and Copper clip technologies comparison

Author: Thiam, Abdoulahad, Sarraute, Emmanuel, Sanfins, William, RICHARDEAU, Frédéric, Durand, Maël, Convertisseurs Statiques (LAPLACE-CS), LAboratoire PLasma et Conversion d'Energie (LAPLACE), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Groupe ENergie Electrique et SYStémique (LAPLACE-GENESYS), Convertisseurs Statiques (CS), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), and Groupe ENergie Electrique et SYStémique (GENESYS)
Subjects: power module, [SPI.NRJ]Engineering Sciences [physics]/Electric power, wire bonding, Finite element modeling, electro-magnetic
Abstract: International audience; In this work, we propose an electromagnetic and thermal 3D-Finit-Element Modeling and simulation methodology, under COMSOL Multiphysics, applied to a phase-leg high current power modules for automotive EV HEV applications, whose technical specifications are similar but with two different interconnection types [1] [2]. This article compares them in terms of stray electrical resistances and inductances but also in terms of thermal resistances and impedances. It will be shown in this article that the introduction of a copper clips only slightly modify the thermal extraction while the electrical performance will be greatly improved.
Published: 2019

8. SiC power MOSFET in short-circuit operation: Electro-thermal macro-modelling combining physical and numerical approaches with circuit-type implementation

Author: Stéphane Lefebvre, Frédéric Richardeau, François Boige, Marc Cousineau, LAboratoire PLasma et Conversion d'Energie (LAPLACE), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Systèmes et Applications des Technologies de l'Information et de l'Energie (SATIE), École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Conservatoire National des Arts et Métiers [CNAM] (CNAM)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Université de Cergy Pontoise (UCP), Université Paris-Seine-Université Paris-Seine-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Cachan (ENS Cachan)-Université Gustave Eiffel (UNIV GUSTAVE EIFFEL), Conservatoire National des Arts et Métiers [CNAM] (CNAM), Convertisseurs Statiques (CS), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Convertisseurs Statiques (LAPLACE-CS), École normale supérieure - Cachan (ENS Cachan)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Université de Cergy Pontoise (UCP), and Université Paris-Seine-Université Paris-Seine-Conservatoire National des Arts et Métiers [CNAM] (CNAM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: model validation, General Computer Science, Computer science, 010103 numerical & computational mathematics, 02 engineering and technology, Hardware_PERFORMANCEANDRELIABILITY, short-circuit, 01 natural sciences, Theoretical Computer Science, chemistry.chemical_compound, MOSFET, Saturation current, Robustness (computer science), silicon carbide, Thermal, 0202 electrical engineering, electronic engineering, information engineering, Silicon carbide, Electronic engineering, Hardware_INTEGRATEDCIRCUITS, 0101 mathematics, Power MOSFET, Macro, Numerical Analysis, Applied Mathematics, [SPI.NRJ]Engineering Sciences [physics]/Electric power, electrothermal simulation, [SPI.TRON]Engineering Sciences [physics]/Electronics, chemistry, Modeling and Simulation, 020201 artificial intelligence & image processing, Short circuit, Hardware_LOGICDESIGN
Abstract: International audience; The purpose of this paper is to describe, for the first time, a global transient electrothermal model of (SiC) power MOSFETs during accidental short-circuit (SC) operations. The developed models allow to analysis an inverter-leg malfunctioning. A thermal model of the SiC MOSFET dies combined with extensive experimentations allow to develop models of the gate leakage current and of the drain saturation current during SC events. After verifying the robustness of the proposed elementary models, an original global circuit model with an easy implementation using a commercial circuit simulation tool is proposed and discussed. This circuit model can be used in order to develop protection schemes against SC faults.
Published: 2019
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9. Three multi-terminal silicon power chips for an optimized monolithic integration of switching cells: validation on an H-bridge inverter

Author: Adem Lale, A. Bourennane, Frédéric Richardeau, Nicolas Videau, Équipe Intégration de Systèmes de Gestion de l'Énergie (LAAS-ISGE), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Convertisseurs Statiques (LAPLACE-CS), LAboratoire PLasma et Conversion d'Energie (LAPLACE), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Convertisseurs Statiques (CS), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), and Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Subjects: Computer science, Hardware_PERFORMANCEANDRELIABILITY, reverse conducting IGBT (RC-IGBT), orthogonal switching cell, 01 natural sciences, Printed circuit board, monolithic integration, Parasitic capacitance, 0103 physical sciences, Hardware_INTEGRATEDCIRCUITS, Power semiconductor device, Electrical and Electronic Engineering, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, 010302 applied physics, p-i-n diode, Buck converter, business.industry, stray inductance, [SPI.NRJ]Engineering Sciences [physics]/Electric power, Electrical engineering, Electronic, Optical and Magnetic Materials, Power (physics), Inductance, Inverter, insulated gate bipolar transistor (IGBT), business, Voltage
Abstract: International audience; This article deals with the monolithic integration in silicon of a multiphase static power converter (dc/ac or ac/dc) for medium power applications, from few kilowatts to few tens of kilowatts with power devices' blocking capability in the range of 600-1200 V. This article presents an original three-chip integration approach that combines both monolithic integration in silicon and printed circuit board (PCB) packaging process and takes advantage of both silicon-level technology and PCB-level technology within a limited and well-mastered complexity. The converter is integrated within only three new multiterminal power chips, which are then judiciously packaged on a PCB so as to minimize the switching cell stray inductance and the impact of voltage variations (dv/dt) across the common-mode stray capacitance of the assembly. The static and the dynamic operating modes of the proposed multiterminal power chips were validated using 2-D-Sentaurus TCAD simulations. The realized chips were packaged on a PCB to realize both classical and three-chip-based H-bridge inverters. First characterization results validate the electrical operating modes of the H-bridge inverter realized according to the three-chip approach.
Published: 2019
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10. Ensure an original and safe 'fail-to-open' mode in planar and trench power SiC MOSFET devices in extreme short-circuit operation

Author: François Boige, Stéphane Lefebvre, Abdelhakim Bourennane, Jean-Marc Blaquiere, Frédéric Richardeau, Gerard Guibaud, LAboratoire PLasma et Conversion d'Energie (LAPLACE), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Convertisseurs Statiques (LAPLACE-CS), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Systèmes et Applications des Technologies de l'Information et de l'Energie (SATIE), École normale supérieure - Cachan (ENS Cachan)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Université de Cergy Pontoise (UCP), Université Paris-Seine-Université Paris-Seine-Conservatoire National des Arts et Métiers [CNAM] (CNAM), HESAM Université - Communauté d'universités et d'établissements Hautes écoles Sorbonne Arts et métiers université (HESAM)-HESAM Université - Communauté d'universités et d'établissements Hautes écoles Sorbonne Arts et métiers université (HESAM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Conservatoire National des Arts et Métiers [CNAM] (CNAM), HESAM Université - Communauté d'universités et d'établissements Hautes écoles Sorbonne Arts et métiers université (HESAM), THALES COMMUNICATIONS & SECURITY, THALES [France], Équipe Intégration de Systèmes de Gestion de l'Énergie (LAAS-ISGE), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Paris-Seine-Université Paris-Seine-Conservatoire National des Arts et Métiers [CNAM] (CNAM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Gustave Eiffel (UNIV GUSTAVE EIFFEL), Convertisseurs Statiques (CS), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), THALES, Université Toulouse 1 Capitole (UT1)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Conservatoire National des Arts et Métiers [CNAM] (CNAM)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Université de Cergy Pontoise (UCP), Université Paris-Seine-Université Paris-Seine-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Cachan (ENS Cachan)-Université Gustave Eiffel (UNIV GUSTAVE EIFFEL), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UPS), École normale supérieure - Cachan (ENS Cachan)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Université de Cergy Pontoise (UCP), Université Paris-Seine-Université Paris-Seine-Conservatoire National des Arts et Métiers [CNAM] (CNAM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes [Toulouse] (LAAS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UPS), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UPS), Université Paris-Seine-Université Paris-Seine-Conservatoire National des Arts et Métiers [CNAM] (CNAM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)
Subjects: Computer science, 02 engineering and technology, Hardware_PERFORMANCEANDRELIABILITY, SiC Mosfet, Fault (power engineering), 01 natural sciences, Planar, Reliability (semiconductor), Short-Circuit, 0103 physical sciences, MOSFET, 0202 electrical engineering, electronic engineering, information engineering, Hardware_INTEGRATEDCIRCUITS, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Electrical and Electronic Engineering, Safety, Risk, Reliability and Quality, 010302 applied physics, business.industry, 020208 electrical & electronic engineering, [SPI.NRJ]Engineering Sciences [physics]/Electric power, Electrical engineering, Condensed Matter Physics, Chip, Reliability, Atomic and Molecular Physics, and Optics, Surfaces, Coatings and Films, Electronic, Optical and Magnetic Materials, Power (physics), [SPI.TRON]Engineering Sciences [physics]/Electronics, business, Failure-Mode, Failure mode and effects analysis, Short circuit
Abstract: International audience; The purpose of this paper is to present a complete experimentation of the two failure modes in competition that can appear during short-circuit (SC) fault operation of single-chip 1,2kV SiC MOSFETs from different manufacturers including planar and trench-gate structures, well-known or recent devices. Ruggedness and selective failure modes are identified in relation with the power density dissipated by the chip and the simulated 1D-thermal junction. Finally, the chips of the devices which failed in a "fail-to-open" mode have been studied in order to find the physical reasons of this original and unusual fail-safe mode. Preferred presentation: [X] Oral [ ] Poster [ ] No preference Preferred track (please, tick one or number 1 to 3 tracks in order of preference: 1 = most suiting, 3 = least suiting) [ ] A-Quality and Reliability Assessment Techniques and Methods for Devices and Systems [ ]
Published: 2018
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11. A CMOS gate driver with ultra-fast dV/dt embedded control dedicated to optimum EMI and turn-on losses management for GaN power transistors

Author: Plinio Bau, Frédéric Richardeau, Bernardo Cougo, Davy Colin, Marc Cousineau, Nicolas Rouger, IRT Saint Exupéry - Institut de Recherche Technologique, Convertisseurs Statiques (CS), LAboratoire PLasma et Conversion d'Energie (LAPLACE), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Toulouse (Université de Toulouse), IRT Saint Exupéry - Institut de Recherche Technologique (FRANCE), Université de Toulouse - INP, Laboratoire de Génie Electrique de Grenoble (G2ELab), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut Polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA), Convertisseurs Statiques (LAPLACE-CS), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), and Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])
Subjects: 02 engineering and technology, High-electron-mobility transistor, 7. Clean energy, law.invention, Computer Science::Hardware Architecture, Computer Science::Emerging Technologies, law, EMI, Hardware_INTEGRATEDCIRCUITS, 0202 electrical engineering, electronic engineering, information engineering, Gate driver, 0501 psychology and cognitive sciences, Power semiconductor device, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, 050107 human factors, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, Physics, business.industry, 05 social sciences, Transistor, [SPI.NRJ]Engineering Sciences [physics]/Electric power, Order (ring theory), 020207 software engineering, CMOS, Optoelectronics, business, Energy (signal processing)
Abstract: In this paper, a CMOS gate driver in $180\mathrm {n}\mathrm {m}$ technology is presented. The gate driver implements an integrated and independent ultra-fast $\mathrm {d}\mathrm {V}/\mathrm {d}\mathrm {t}$ control circuit dedicated to manage switch-on transients for $\mathrm {G}\mathrm {a}\mathrm {N}$ HEMT technology. In order to mitigate a detrimental effect in EMI spectrum for wide bandgap transistors, a novel method to reduce $\mathrm {d}\mathrm {V}/\mathrm {d}\mathrm {t}$ without increasing so much switching losses is proposed. A comprehensive benchmark with the classical method is also presented, where the gate driver resistance is typically adjusted. Simulations are conducted to show the feasibility of the proposed method and the amount of switching energy that can be saved. Time responses of a feedback loop lower than $200\mathrm {p}\mathrm {s}$ are expected. The preliminary characterization of the integrated CMOS circuit is shown.
Published: 2018
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12. Etude des propriétés uniques des MOSFET SiC en régime de court-circuit (CC) en vue de la sécurisation de cellule de commutation

Author: Boige, François, RICHARDEAU, Frédéric, Convertisseurs Statiques (CS), LAboratoire PLasma et Conversion d'Energie (LAPLACE), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Conseil national de la recherche scientifique (CNRS), Conseil National de la Recherche Scientifique (Liban) (CNRS-L), Université de Toulouse (Université de Toulouse), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Convertisseurs Statiques (LAPLACE-CS), National Council for Scientific Research = Conseil national de la recherche scientifique du Liban [Lebanon] (CNRS-L), and IRT Saint Exupéry - Institut de Recherche Technologique
Subjects: [SPI.NRJ]Engineering Sciences [physics]/Electric power, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract: National audience
Published: 2018

13. Etude des propriétés uniques des MOSFET en Carbure de Silicium (SiC) en régime de court-circuit

Author: Boige, François, RICHARDEAU, Frédéric, Convertisseurs Statiques (CS), LAboratoire PLasma et Conversion d'Energie (LAPLACE), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Conseil national de la recherche scientifique (CNRS), Conseil National de la Recherche Scientifique (Liban) (CNRS-L), Université de Toulouse (Université de Toulouse), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Convertisseurs Statiques (LAPLACE-CS), National Council for Scientific Research = Conseil national de la recherche scientifique du Liban [Lebanon] (CNRS-L), and IRT Saint Exupéry - Institut de Recherche Technologique
Subjects: [SPI.NRJ]Engineering Sciences [physics]/Electric power, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract: National audience
Published: 2018

14. First practical evaluation of a complete fail-safe and 100% fault-tolerant inverter for critical load in aerospace application

Author: Richardeau, Frédéric, Vinnac, Sébastien, Mosser, Franck, Rashed, A., Boetsch, A., Chillon, S., Hors, D., Kabalo, M., Imbert, B., Convertisseurs Statiques (CS), LAboratoire PLasma et Conversion d'Energie (LAPLACE), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Toulouse (Université de Toulouse), CNRS/Université de Toulouse, Adeneo, Entreprise industrielle, ZODIAC AEROSPACE, Toulouse Tech Transfert, Convertisseurs Statiques (LAPLACE-CS), IRT Saint Exupéry - Institut de Recherche Technologique, Zodiac Aérospace, Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT), Ecole Nationale Supérieure d'Electrotechnique, d'Electronique, d'Informatique, d'Hydraulique et de Télécommunications (ENSEEIHT), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT), Institut d’Electronique et des Systèmes (IES), Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Groupe énergie et matériaux (GEM), Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives - Laboratoire d'Electronique et de Technologie de l'Information (CEA-LETI), Direction de Recherche Technologique (CEA) (DRT (CEA)), and Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)
Subjects: [SPI.NRJ]Engineering Sciences [physics]/Electric power, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract: International audience
Published: 2018

15. Robust magnetic control of inter-cell-transformers including reduced numbers of phases operation for interleaved and paralleled converters

Author: Sanchez, Sébastien, Makhraz, Bernard, RICHARDEAU, Frédéric, Institut Catholique d'Arts et Métiers (ICAM), Convertisseurs Statiques (LAPLACE-CS), LAboratoire PLasma et Conversion d'Energie (LAPLACE), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, IRT Saint Exupéry - Institut de Recherche Technologique, AIRBUS, Toulouse, Groupe ENergie Electrique et SYStémique (LAPLACE-GENESYS), Convertisseurs Statiques (CS), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Toulouse (Université de Toulouse), Groupe ENergie Electrique et SYStémique (GENESYS), and Pagès, Nathalie
Subjects: [SPI.NRJ]Engineering Sciences [physics]/Electric power, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, [SPI.NRJ] Engineering Sciences [physics]/Electric power
Abstract: International audience
Published: 2017

16. Global electro-thermal modelling and circuit-type simulation of SiC Mosfet power devices in short-circuit operation for critical system analysis

Author: Boige, François, RICHARDEAU, Frédéric, Lefebvre, Stéphane, LAboratoire PLasma et Conversion d'Energie (LAPLACE), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Convertisseurs Statiques (LAPLACE-CS), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Laboratoire d’Océanologie et de Géosciences (LOG) - UMR 8187 (LOG), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université du Littoral Côte d'Opale (ULCO)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD [France-Nord]), Laboratoire de Ressources Halieutiques, Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre d'enseignement Cnam Paris (CNAM Paris), Conservatoire National des Arts et Métiers [CNAM] (CNAM), Systèmes et Applications des Technologies de l'Information et de l'Energie (SATIE), École normale supérieure - Cachan (ENS Cachan)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Université de Cergy Pontoise (UCP), Université Paris-Seine-Université Paris-Seine-Conservatoire National des Arts et Métiers [CNAM] (CNAM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Pagès, Nathalie, Richardeau, Frédéric, Convertisseurs Statiques (CS), École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Conservatoire National des Arts et Métiers [CNAM] (CNAM)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Université de Cergy Pontoise (UCP), and Université Paris-Seine-Université Paris-Seine-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Cachan (ENS Cachan)-Université Gustave Eiffel (UNIV GUSTAVE EIFFEL)
Subjects: model validation, MOSFET, silicon carbide, [SPI.NRJ]Engineering Sciences [physics]/Electric power, Hardware_INTEGRATEDCIRCUITS, Hardware_PERFORMANCEANDRELIABILITY, short-circuit, electrothermal simulation, [SPI.NRJ] Engineering Sciences [physics]/Electric power
Abstract: International audience; The purpose of this paper is to present, for the first time, a global transient electrothermal model and simulation results of commercially recent silicon carbide (SiC) power MOSFET devices. The developed models aim is faithfully transposing specifically experimental short-circuit (SC) behaviour of the studied components, ready-to-use for the analysis of an inverter-leg malfunctioning. After extensive experimentation, a thermal model of the SiC die allows to develop models of gate-leakage current and drain-source current during SC. After verifying the robustness of the proposed models, an original circuit-type with an easy implementation is performed using a commercial circuit simulation tool.
Published: 2017

17. Puces multipôles compactes à RC-IGBT pour l'intégration fractionnée et optimale de cellules de commutation. Evaluation des performances électriques sur PCB

Author: Lale, Adem, Videau, Nicolas, Bourennane, Abdelhakim, RICHARDEAU, Frédéric, Sarraute, Emmanuel, Charlot, Samuel, Flumian, Didier, Brillat, Gilles, Équipe Intégration de Systèmes de Gestion de l'Énergie (LAAS-ISGE), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Convertisseurs Statiques (LAPLACE-CS), LAboratoire PLasma et Conversion d'Energie (LAPLACE), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Service Techniques et Équipements Appliqués à la Microélectronique (LAAS-TEAM), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Convertisseurs Statiques (CS), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Systèmes et Applications des Technologies de l'Information et de l'Energie (SATIE), École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Conservatoire National des Arts et Métiers [CNAM] (CNAM)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Université de Cergy Pontoise (UCP), Université Paris-Seine-Université Paris-Seine-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Cachan (ENS Cachan)-Université Gustave Eiffel (UNIV GUSTAVE EIFFEL), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), and Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Subjects: assemblage et packaging, [SPI]Engineering Sciences [physics], Intégration de puissance
Abstract: International audience; Les auteurs présentent une approche d'intégration mixte combinant des macro-puces multipôles silicium et un assemblage flippé sur PCB pour onduleur multiphases. Trois méthodes d'évaluation des mailles de commutation en version filaire et clip sont comparées démontrant le potentiel de cette approche et de la méthodologie d'étude employée. Les étapes principales de réalisation de l'assemblage 3D sont présentées.
Published: 2016

18. Analysis of the three-chip switching cells approach for integrated multi-phase power converter combining monolithic and hybrid techniques: Experimental validation on SiC and Si power assembly prototypes

Author: Adem Lale, Nicolas Videau, Frédéric Richardeau, Abdelhakim Bourennane, Samuel Charlot, Équipe Intégration de Systèmes de Gestion de l'Énergie (LAAS-ISGE), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Convertisseurs Statiques (LAPLACE-CS), LAboratoire PLasma et Conversion d'Energie (LAPLACE), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), ANR, LAAS-CNRS, LAPLACE-CNRS, ANR-13-JS09-0008,ConvPlUS,Intégration ultime d'un système multicellulaire de commutation de puissance sur puce multi-pôles silicium.(2013), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Convertisseurs Statiques (CS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), and Service Techniques et Équipements Appliqués à la Microélectronique (LAAS-TEAM)
Subjects: Engineering, Monolithic switching cells, Multi-pole switching cell, Power board layout, Device simulation, Power integration, 7. Clean energy, PCB design, Silicon Carbide (SiC) power devices, Electronic engineering, Commutation, business.industry, [SPI.NRJ]Engineering Sciences [physics]/Electric power, Electrical engineering, Insulated-gate bipolar transistor, Converters, Chip, Power (physics), Packaging, Power module, Reverse conducting-IGBT (RC-IGBT), Inverter, Stray inductance measurement, business, Converter assembly, Voltage, Stray inductances
Abstract: International audience; In this paper, the authors present a novel integration approach for multi-phase IGBT module, based on both monolithic and hybrid integration methods. In this proposed “3-chip” approach, the discrete switches are integrated into three generic monolithic multi-pole power chips and assembled with a judicious packaging. This reduces significantly the commutation loop area and so the stray inductance responsible of overshoot voltage and common-mode dv/dt effect. The operating modes of the multipole chips were validated in an inverter application by 2D simulations under mixed-mode SentaurusTM. In order to characterize the commutation loop of the 3-chip approach, two prototype power modules with different technologies (Si and SiC dies) have been realized on PCB substrates. The stray inductances were measured using a precision impedance analyzer (frequency analysis). A double-pulse characterization was also performed to illustrate the effect of stray inductance reduction at the turn-off (temporal analysis). For comparison purposes, two “classical” power converters have been also realized and analyzed. According the results, measurements and analytic estimates, the proposed packaging design allows reducing the stray inductance by at least a ratio of two as compared to the classical layout.
Published: 2015
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19. RC-IGBT-thyristor structure having trenches filled with dielectric on the backside: Physical analysis and application to the integration of a multiphase generic power converter using the 'two-chip' approach

Author: Abdelhakim Bourennane, Adem Lale, Frédéric Richardeau, Équipe Intégration de Systèmes de Gestion de l'Énergie (LAAS-ISGE), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Convertisseurs Statiques (CS), LAboratoire PLasma et Conversion d'Energie (LAPLACE), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, ANR, LAAS-CNRS/LAPLACE-CNRS, ANR-13-JS09-0008,ConvPlUS,Intégration ultime d'un système multicellulaire de commutation de puissance sur puce multi-pôles silicium.(2013), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Convertisseurs Statiques (LAPLACE-CS), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)
Subjects: Materials science, Reverse Conducting-IGBT (RC-IGBT), business.industry, Device simulation, [SPI.NRJ]Engineering Sciences [physics]/Electric power, Electrical engineering, Thyristor, Dielectric, Insulated-gate bipolar transistor, Chip, Cathode, law.invention, Anode, Power (physics), law, Optoelectronics, Power semiconductor device, business, Monolithic power integration
Abstract: International audience; The RC-IGBT-thyristor is a bidirectional current device proposed as an elementary structure for the integration of a multiphase converter using the "two-chip” integration approach [1]. In this paper, 2D simulations are on one hand used to study the impact of using trenches filled with dielectric [2] on thestatic and dynamic performance of the RC-IGBT-thyristor and on the other hand to validate the operating modes of the common anode and common cathode power chips that make use of the RCIGBT-thyristor that has trenches filled with dielectric on the backside. In the RC-IGBT-Thyristor withtrenches, the trenches are placed between N+ anode regions to allow the turn-on of the thyristor sections during the RC-IGBT-thyristor reverse conducting mode. The use of these trenches allows reducing the lengths of N+/P+ anode diffusion regions (as compared to the case of the RC-IGBTThyristor[1]) and also improves the uniformity of the current density distribution both in the forward and reverse conducting modes of the RC-IGBT-thyristor. The RC-IGBT-thyristor with trenches filled with dielectric is then used to create the two monolithic common anode and common cathode power chips. These three-pole power chips, were simulated separately and then associated to form an Hbridge converter.
Published: 2015
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20. Realisation and characterisation of compact generic IGBT-based multiphase power converters using the two-chip multi-pole integration approach

Author: Lale, Adem, Videau, Nicolas, El Khadiry, Abdelilah, Bourennane, Abdelhakim, Richardeau, Frédéric, Équipe Intégration de Systèmes de Gestion de l'Énergie (LAAS-ISGE), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Convertisseurs Statiques (CS), LAboratoire PLasma et Conversion d'Energie (LAPLACE), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, ANR, LAAS-CNRS / LAPLACE-CNRS, ANR-13-JS09-0008,ConvPlUS,Intégration ultime d'un système multicellulaire de commutation de puissance sur puce multi-pôles silicium.(2013), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Convertisseurs Statiques (LAPLACE-CS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), and Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Subjects: reverse conducting-IGBT (RC-IGBT), device simulation, [SPI.NRJ]Engineering Sciences [physics]/Electric power, Hardware_INTEGRATEDCIRCUITS, monolithic switching cells, stray inductance measurement, Hardware_PERFORMANCEANDRELIABILITY, Power integration
Abstract: International audience; This paper deals with the integration of power converters. The proposed integration approach combines both monolithic integration in silicon and hybrid integration on a DBC/PCB substrate. This new approach allows to devise new power converter assemblies that are of higher performance and reliability as compared to the conventional one. In this paper we present the « two-chip » multi-pole integration approach that integrates a multi-phase converter within two generic monolithic macro-chips. To validate the approach, a common anode macro-chip and two RC-IGBTs were judiciously assembled on PCB substrate to realize a first setup designed as a H-bridge generic converter. First characterization results of the converter are provided in static and switching modes.
Published: 2015

21. Introduction de la commutation automatique dans la conversion statique de l'énergie électrique. Principe et règles de base

Author: Frédéric Richardeau, Hubert Piquet, Nicolas Roux, Henri Foch, LAboratoire PLasma et Conversion d'Energie (LAPLACE), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Convertisseurs Statiques (CS), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Laboratoire électrotechnique et électronique industrielle (LEEI), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Convertisseurs Statiques (LAPLACE-CS)
Subjects: [SPI]Engineering Sciences [physics], [SPI.NRJ]Engineering Sciences [physics]/Electric power, General Medicine, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, [SPI.TRON]Engineering Sciences [physics]/Electronics
Abstract: Cet article a pour objectif de presenter un nouveau mecanisme de commutation qui integre la protection du semi-conducteur dans le principe meme de commutation, afin de generer de nouveaux convertisseurs statiques. Il consiste en une commutation auto-commandee qui se deroule a un niveau de courant ou de tension non nul. Cette commutation peut etre associee a des commutations commandee ou spontanee classiques permettant de passer de deux a cinq types de changement d'etat d'une cellule de commutation. Nous presentons ici les proprietes de base de la commutation automatique ainsi qu'une methodologie de synthese de cellules a deux quadrants.
Published: 2006
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22. A generic Reverse Conducting IGBT structure for monolithic switching cells integration

Author: Frédéric Richardeau, Abdelilah El Khadiry, Adem Lale, Abdelhakim Bourennane, Équipe Intégration de Systèmes de Gestion de l'Énergie (LAAS-ISGE), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Convertisseurs Statiques (LAPLACE-CS), LAboratoire PLasma et Conversion d'Energie (LAPLACE), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), ANR, LAAS-CNRS/LAPLACE-CNRS, ANR-13-JS09-0008,ConvPlUS,Intégration ultime d'un système multicellulaire de commutation de puissance sur puce multi-pôles silicium.(2013), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Convertisseurs Statiques (CS), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)
Subjects: Gate turn-off thyristor, Engineering, business.industry, Device simulation, [SPI.NRJ]Engineering Sciences [physics]/Electric power, Electrical engineering, Thyristor, Context (language use), MOS-controlled thyristor, Insulated-gate bipolar transistor, IGBT, law.invention, Integrated gate-commutated thyristor, Static induction thyristor, law, Converter circuit, Power semiconductor device, business, Monolithic power integration
Abstract: International audience; A generic structure of a Reverse Conducting IGBT (RC-IGBT) that integrates monolithically an IGBT for the forward conduction and a self-firing thyristor for the reverse conduction is proposed. As compared to the conventional RC-IGBT, the structure that we propose doesn’t exhibit snap-back in the forward conducting mode [1], [2]. The static and dynamic performances of the structure are investigated in this paper by 2D SentaurusTM numerical simulations. The proposed structure is then used to design two complementary monolithic power chips, named “Common Anode three-pole” and “Common Cathode three-pole”, within the context of “two-chip” integration of static power converter [4]. These two chips are then associated to form a complete inverter. The proposed three-pole common cathode chip uses a P+ wall for insulation between the two adjacent RC-IGBT sections. The proposed elementary RC-IGBT uses also the P+ wall in order to ensure the thyristor triggering in the reverse conducting mode.
Published: 2014
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23. Evaluation of Vce Monitoring as a Real-Time Method to Estimate Aging of Bond Wire-IGBT Modules Stressed by Power Cycling

Author: Vanessa Smet, Amgad Rashed, Frédéric Richardeau, J.-J. Huselstein, Francois Forest, Analyse et synthèse sonores [Paris], Sciences et Technologies de la Musique et du Son (STMS), Institut de Recherche et Coordination Acoustique/Musique (IRCAM)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche et Coordination Acoustique/Musique (IRCAM)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut d’Electronique et des Systèmes (IES), Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Groupe énergie et matériaux (GEM), Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Convertisseurs Statiques (LAPLACE-CS), LAboratoire PLasma et Conversion d'Energie (LAPLACE), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-IRCAM-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-IRCAM-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Convertisseurs Statiques (CS), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Subjects: 010302 applied physics, Engineering, business.industry, System of measurement, 020208 electrical & electronic engineering, 02 engineering and technology, Insulated-gate bipolar transistor, Converters, 01 natural sciences, Temperature measurement, Automotive engineering, Power (physics), [SPI.TRON]Engineering Sciences [physics]/Electronics, Control and Systems Engineering, 0103 physical sciences, 0202 electrical engineering, electronic engineering, information engineering, Electronic engineering, Power cycling, Power semiconductor device, Electrical and Electronic Engineering, business, Pulse-width modulation, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract: The supervision of semiconductor power devices in operation demonstrates an obvious interest to improve the operating safety of electronic power converters used in critical applications. Unfortunately, this is a significant challenge due to the variability of stress conditions on the one hand and to the difficulty to implement accurate measurement systems in power stages on the other. Using VCE measurement as a real-time supervision method is evaluated here by using aging test results obtained on insulated gate bipolar transistor (IGBT) modules stressed by power cycling. These results are related to the aging of bond wires and metallization, on the top part of the module. Results were obtained in original test benches whose characteristics are overviewed briefly in the first part of this paper, along with a description of test conditions. The second part presents selected results extracted from a larger work and focusing on the VCE evolution with respect to degradations of the module's top part. Their analysis highlights the potential of VCE measurement. The last part proposes the principle of a specific system able to achieve real-time VCE supervision in the test benches in operation.
Published: 2013
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24. Comparison between ig Integration and vgs Derivation methods dedicated to fast Short-Circuit 2D-Diagnosis for Wide Band Gap Power Devices

Author: Barazi Yazan, Nicolas Rouger, Frédéric Richardeau, LAboratoire PLasma et Conversion d'Energie (LAPLACE), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, IRT Saint Exupéry - Institut de Recherche Technologique, Convertisseurs Statiques (LAPLACE-CS), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Richardeau, Frédéric, and Convertisseurs Statiques (CS)
Subjects: [SPI.NRJ]Engineering Sciences [physics]/Electric power, [SPI.TRON] Engineering Sciences [physics]/Electronics, [SPI.NRJ] Engineering Sciences [physics]/Electric power, [SPI.TRON]Engineering Sciences [physics]/Electronics
Abstract: International audience; This paper presents and compares two original high speed protection circuits, ig integration and vgs derivation methods against Short Circuit (SC) types, Hard Switch Fault (HSF) and Fault Under Load (FUL). Since the gate-drain capacitor Cgd of a power device depends on vds, it can become an original native sensor to monitor the switching operation and so detect unwanted vds transition or absence of vds transition by monitoring only vgs. Using only low-voltage monitoring is an essential step to integrate fast and embedded new detection methods on an ASIC gate driver. This Cgd capacitor plays a major part in the two detection methods. The first method is based on dedicated two-dimension monitoring of the gate charge transferred in a time interval combined with gate voltage monitoring. The second method consists of the reconstruction of the dvgs/dt by means of a capacitive current sensing to provide the vgs derivation combined with the vgs monitoring. Comparison and simulation of the methods based on a C2M0025120D SiC MOSFET device under LTspice™ are made to verify the validity of the methods. In terms of detection speed of the SC, a detection time of 300ns is obtained for both methods. Both methods are easy to design, and to integrate. However, the robustness and the speed of detection trade-off of all these methods will be analyzed and compared relatively to the critical functionalities.

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24 results on '"Convertisseurs Statiques (CS)"'

1. Aging and failure mechanisms of SiC Power MOSFETs under repetitive short- circuit pulses of different duration

2. Circuit-type modelling of SiC power Mosfet in short-circuit operation including selective fail-to-open and fail-to-short modes competition

3. Short-circuit robustness of parallel SiC MOSFETs and fail-safe mode strategy

4. Monolithic asymmetric switching cells integrated on vertical multi-terminal Si power chips

5. Etude de la robustesse et exploitation des défaillances de MOSFETs SiC 1200V en régime extrême de court-circuit

6. Sub-nanosecond delay CMOS Active Gate Driver for Closed-Loop dv/dt Control of GaN Transistors

7. 3D-FE electro-thermo-magnetic modeling of automotive power electronic modules -Wire- bonding and Copper clip technologies comparison

8. SiC power MOSFET in short-circuit operation: Electro-thermal macro-modelling combining physical and numerical approaches with circuit-type implementation

9. Three multi-terminal silicon power chips for an optimized monolithic integration of switching cells: validation on an H-bridge inverter

10. Ensure an original and safe 'fail-to-open' mode in planar and trench power SiC MOSFET devices in extreme short-circuit operation

11. A CMOS gate driver with ultra-fast dV/dt embedded control dedicated to optimum EMI and turn-on losses management for GaN power transistors

12. Etude des propriétés uniques des MOSFET SiC en régime de court-circuit (CC) en vue de la sécurisation de cellule de commutation

13. Etude des propriétés uniques des MOSFET en Carbure de Silicium (SiC) en régime de court-circuit

14. First practical evaluation of a complete fail-safe and 100% fault-tolerant inverter for critical load in aerospace application

15. Robust magnetic control of inter-cell-transformers including reduced numbers of phases operation for interleaved and paralleled converters

16. Global electro-thermal modelling and circuit-type simulation of SiC Mosfet power devices in short-circuit operation for critical system analysis

17. Puces multipôles compactes à RC-IGBT pour l'intégration fractionnée et optimale de cellules de commutation. Evaluation des performances électriques sur PCB

18. Analysis of the three-chip switching cells approach for integrated multi-phase power converter combining monolithic and hybrid techniques: Experimental validation on SiC and Si power assembly prototypes

19. RC-IGBT-thyristor structure having trenches filled with dielectric on the backside: Physical analysis and application to the integration of a multiphase generic power converter using the 'two-chip' approach

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